본 논문에서는 Bacterial Foraging Algorithm과 FCM(fuzzy c-means)클러스터링을 이용하여 TSK(Takagi-Sugeno-Kang)형태의 퍼지 규칙 생성과 퍼지 시스템(FCM-ANFIS)을 효과적으로 구축하는 방법을 제안한다. 구조동정에서는 먼저 PCA(Principal Component Analysis)을 이용하여 입력 데이터 성분간의 상관관계를 제거한 후에 FCM을 이용하여 클러스터를 생성하고 성능지표에 근거해서 타당한 클러스터의 수, 즉 퍼지 규칙의 수를 얻는다. 파라미터 동정에서는 Bacterial Foraging Algorithm을 이용하여 전제부 파라미터를 최적화 시킨다. 결론부 파라미터는 RLSE(Recursive Least Square Estimate)에 의해 추정되어진다. PCA(Principal Component Analysis)와 FCM을 적용함으로써 타당한 규칙 수를 생성하였고 Bacterial Foraging Algorithm을 이용하여 최적의 전제부 파라미터를 구하였다. 제안된 방법의 성능을 평가하기 위하여 Box-Jenkins의 가스로 데이터와 Rice taste 데이터의 모델링에 적용하였고 우수한 성능을 보임을 알 수 있었다.
The Bacterial Foraging Optimization Algorithm is a swarm intelligence optimization algorithm. This paper first analyzes the chemotaxis, as well as elimination and dispersal operation, based on the basic Bacterial Foraging Optimization Algorithm. The elimination and dispersal operation makes a bacterium which has found or nearly found an optimal position escape away from that position, which greatly affects the convergence speed of the algorithm. In order to avoid this escape, the sphere of action of the elimination and dispersal operation can be altered in accordance with the generations of evolution. Secondly, we put forward an algorithm of an adaptive adjustment of step length we called improved bacterial foraging optimization (IBFO) after making a detailed analysis of the impacts of the step length on the efficiency and accuracy of the algorithm, based on chemotaxis operation. The classic test functions show that the convergence speed and accuracy of the IBFO algorithm is much better than the original algorithm.
In this paper, design approach of PID controller with rejection function against external disturbance in motor control system is proposed using bacterial foraging based optimal algorithm. Up to the present time, PID Controller has been used to operate for AC motor drive because of its implementational advantages in practice and simple structure. However, it is not easy to achieve an optimal PID gain with no experience, since the gain of the PID controller has to be manually tuned by trial and error in the industrial system with disturbance. To design disturbance rejection tuning, disturbance rejection conditions based on $H_{\infty}$ are illustrated and the performance of response based on the bacterial foraging is computed for the designed PID controller as ITSE (Integral of time weighted squared error). Hence, parameters of PID controller are selected by bacterial foraging based optimal algorithm to obtain the required response
In this paper, design approach of PID controller with rejection function against external disturbance in motor control system is proposed using bacterial foraging based optimal algorithm. Up to the present time, PID Controller has been used to operate for AC motor drive because of its implementational advantages in practice and simple structure. However, it is not easy to achieve an optimal PID gain with no experience, since the gain of the PID controller has to be manually tuned by trial and error in the industrial system with disturbance. To design disturbance rejection tuning, disturbance rejection conditions based on H$\_$$\infty$/ are illustrated and the performance of response based on the bacterial foraging is computed for the designed PID controller as ITSE (Integral of time weighted squared error). Hence, parameters of PID controller are selected by bacterial foraging based optimal algorithm to obtain the required response.
최근 단일 은닉층을 갖는 전방향 신경회로망 구조로, 기존의 경사 기반 학습알고리즘들보다 학습 속도가 매우 우수한 ELM(Extreme Learning Machine)이 제안되었다. ELM 알고리즘은 입력 가중치들과 은닉 바이어스들의 초기 값을 무작위로 선택하고 출력 가중치들은 Moore-Penrose(MP) 일반화된 역행렬 방법을 통하여 구해진다. 그러나 입력 가중치들과 은닉층 바이어스들의 초기 값 선택이 어렵다는 단점을 갖고 있다. 본 논문에서는 최적화 알고리즘 중 박테리아 생존(Bacterial Foraging) 알고리즘의 수정된 구조를 이용하여 ELM의 초기 입력 가중치들과 은닉층 바이어스들을 선택하는 개선된 방법을 제안하였다. 실험을 통하여 제안된 알고리즘이 많은 입력 데이터를 가지는 문제들에 대하여 성능이 우수함을 보였다.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제4권5호
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pp.624-636
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2006
This paper proposes a hybrid approach involving Genetic Algorithm (GA) and Bacterial Foraging (BF) for tuning the PID controller of an AVR. Recently the social foraging behavior of E. coli bacteria has been used to solve optimization problems. We first illustrate the proposed method using four test functions and the performance of the algorithm is studied with an emphasis on mutation, crossover, variation of step sizes, chemotactic steps, and the life time of the bacteria. Further, the proposed algorithm is used for tuning the PID controller of an AVR. Simulation results are very encouraging and this approach provides us a novel hybrid model based on foraging behavior with a possible new connection between evolutionary forces in social foraging and distributed non-gradient optimization algorithm design for global optimization over noisy surfaces.
Foraging is a biological process, where a bacterium moves to search for nutriments, and avoids harmful substances. This paper proposes a hybrid approach integrating the bacterial foraging optimization algorithm (BFOA) in a radial basis function neural network, applied to image classification, in order to improve the classification rate and the objective function value. At the beginning, the proposed approach is presented and described. Then its performance is studied with an accent on the variation of the number of bacteria in the population, the number of reproduction steps, the number of elimination-dispersal steps and the number of chemotactic steps of bacteria. By using various values of BFOA parameters, and after different tests, it is found that the proposed hybrid approach is very robust and efficient for several-image classification.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제9권2호
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pp.564-582
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2015
This paper proposes a novel swarm intelligence optimization method which integrates bacterial foraging optimization (BFO) with quantum computing, called quantum bacterial foraging optimization (QBFO) algorithm. In QBFO, a multi-qubit which can represent a linear superposition of states in search space probabilistically is used to represent a bacterium, so that the quantum bacteria representation has a better characteristic of population diversity. A quantum rotation gate is designed to simulate the chemotactic step for the sake of driving the bacteria toward better solutions. Several tests are conducted based on benchmark functions including multi-peak function to evaluate optimization performance of the proposed algorithm. Numerical results show that the proposed QBFO has more powerful properties in terms of convergence rate, stability and the ability of searching for the global optimal solution than the original BFO and quantum genetic algorithm. Furthermore, we examine the employment of our proposed QBFO for cognitive radio spectrum allocation. The results indicate that the proposed QBFO based spectrum allocation scheme achieves high efficiency of spectrum usage and improves the transmission performance of secondary users, as compared to color sensitive graph coloring algorithm and quantum genetic algorithm.
Penetration of renewable energy sources makes the modern interconnected power systems to have more intelligence and flexibility in the control. Hence, it is essential to maintain the system frequency and tie-line power exchange at nominal values using Load Frequency Control (LFC) for efficient, economic and reliable operation of power systems. In this paper, intelligent tuning of the Proportional Integral Derivative (PID) controller for LFC in an interconnected power system is considered as a main objective. The chosen problem is formulated as an optimization problem and the optimal gain parameters of PID controllers are computed with three innovative swarm intelligent algorithms named Particle Swarm Optimization (PSO), Bacterial Foraging Optimization Algorithm (BFOA) and hybrid Bacterial Foraging Particle Swarm Optimization (BFPSO) and a comparative study is made between them. A new objective function designed with necessary time domain specifications using weighted sum approach is also offered in this report and compared with conventional objective functions. All the simulation results clearly reveal that, the hybrid BFPSO tuned PID controller with proposed objective function has better control performances over other optimization methodologies.
A new family of DC to AC converters, referred to as multilevel inverter, has received much attention from industries and researchers for its high power and voltage applications. One of the conventional techniques for implementing the switching algorithm in these inverters is optimized harmonic stepped waveform (OHSW). However, the major problem in using this technique is eliminating low order harmonics by solving the nonlinear and complex equations. In this paper, a new approach called the "bacterial foraging algorithm" (BFA) is employed. This algorithm eliminates and optimizes the harmonics in a multilevel inverter. This method has higher speed, precision, and convergence power compared with the genetic algorithm (GA), a famous evolutionary algorithm. The proposed technique can be expanded in any number of levels. The purpose of optimization is to remove some low order harmonics, as well as to ensure the fundamental harmonic retained at the desired value. As a case study, a 13-level inverter is chosen. The comparison results by MATLAB software between the two optimization methods (BFA and GA) have shown the effectiveness and superiority of BFA over GA where convergence is desired to achieve global optimum.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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