控制系統(tǒng)仿真課程設(shè)計-單神經(jīng)元pid控制系統(tǒng)仿真(已修改)
2025-09-12 21:06 本頁面
【正文】 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 控制系統(tǒng)仿真課程設(shè)計說明書 題 目：單神經(jīng)元 PID 控制系統(tǒng)仿真 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專 業(yè)：測控技術(shù)與儀器 班 級： 指導(dǎo)教師： 中文摘要 PID控制以其原理簡單，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域。 然而在工業(yè)實(shí)際控制中，被控對象往往還具有高度的非線性，不確定性和參數(shù)時變等特點(diǎn)，在這種情況下單純依靠 PID控制是不能達(dá)到要求的。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)作為新興發(fā)展的智能控制系統(tǒng)，能很好地解決上述問題，已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用，同時也顯示了它 的優(yōu)越性。 單神經(jīng)元作為構(gòu)成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本單元，具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，且結(jié)構(gòu)簡單而易于計算?；谝陨戏治?，在 PID控制中引入單神經(jīng)元自適應(yīng)算法，這樣既可以解決傳統(tǒng) PID控制器的不足，同時又能充分利用 PID控制技術(shù)成熟的優(yōu)勢。 通 過仿真對比發(fā)現(xiàn)單神經(jīng)元自適應(yīng) PID控制器比傳統(tǒng)的 PID控制器控制效果好。 關(guān)鍵詞 : 單神經(jīng)元 ；自適應(yīng) PID 控制；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)； 第一章 前言 引言 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) ANN(artificial neural work)是 最近發(fā)展起來的十分熱門的交叉學(xué)科。它涉及生物、電子計算機(jī)、數(shù)學(xué)、和物理等學(xué)科，有著非常廣泛的應(yīng)用背景，這門學(xué)科的發(fā)展對目前和未來的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展將有著重要的影響。以大規(guī)模并行處理為主要特征的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有學(xué)習(xí)、記憶、聯(lián)想、容錯、并行處理等能力，已在控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的 PID控制，其結(jié)構(gòu)方式有兩類：一類是單神經(jīng)元控制，即神經(jīng)元輸入權(quán)值一一對應(yīng) PID參數(shù)，神經(jīng)元輸入值為經(jīng)過比例、積分、微分處理的偏差值，其主要局限性在于單神經(jīng)元結(jié)構(gòu)無任意函數(shù)逼近能力；另一類是在常規(guī) PID控制器的基礎(chǔ)上增加一個神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)模塊，按照 BP學(xué)習(xí)算法 (如前向算法和反傳算法 )進(jìn)行離線學(xué)習(xí)，實(shí)時調(diào)整出 PID參數(shù)，同時還要繼續(xù)學(xué)習(xí)不斷地調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中各神經(jīng)元間權(quán)系數(shù)，以適應(yīng)被控對象的變化，因此，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。 對人腦神經(jīng)元進(jìn)行抽象簡化后得到一種稱為 McCullochPitts 模型的人工神經(jīng)元，如圖 所示。 圖 單神經(jīng)元模型示意圖 對于第 i 個神經(jīng)元， 12 Nx x x、 、 … … 、 是神經(jīng)元接收 到的信息， 12i i iN? ? ?、 、 … … 、 為連接強(qiáng)度，稱之為權(quán)。利用某種運(yùn)算把輸入信號的作用結(jié)合起來，給它們的總效果，稱之為 “凈輸入 ”，用 i 來表示。根據(jù)不同的運(yùn)算方式，凈輸入的表達(dá)方式有多種類型，其中最簡單的一種是線性加權(quán)求和，即式 （ 11）。 1Ni ij j ijne t x?????? (11) ?? 2i? 2i? iN? ? i? iy 1x 2x Nx 此作用引起神經(jīng)元 i 的狀態(tài)變化，而神經(jīng)元 i 的輸出 yi是其當(dāng)前狀態(tài)的函 數(shù) g(?),稱之為活化函數(shù)（ State of activation）。這樣，上述模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為式（ 12）。 ()iiy g ? (12) 式中， i? ——神經(jīng)元 i 的閾值。 MATLAB 及 SIMULINK 簡介 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 來解算問題要比用 C， FORTRAN 等語言完成相同的事情簡捷得多，并且 MATLAB 也吸收了像 Maple 等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使 MATLAB 成為一個強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對 C， FORTRAN， C++， JAVA 的支持?？梢灾苯诱{(diào)用 ,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲?MATLAB 函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB 愛好者都 編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。 Simulink 是 MATLAB 中的一種可視化仿真工具， 是一種基于 MATLAB 的框圖設(shè)計環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包 .Simulink 可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率 .Simulinkamp。reg。是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計工具。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)， Simulink 提供了交互式 圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進(jìn)行設(shè)計、仿真、執(zhí)行和測試。 S 函數(shù) SFunctio
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