BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原理不再贅述，采用BP神經(jīng)控制對(duì)PID進(jìn)行參數(shù)整定的原理框圖如下：BPNNPID控制器Plantde/dtrinyouterrorKpKiKd BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)，對(duì)PID參數(shù)Kp,Ki和Kd進(jìn)行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)的控制狀態(tài)。經(jīng)典的增量式數(shù)字PID的控制算法為：采用三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。輸入層神經(jīng)元個(gè)數(shù)可根據(jù)被控系統(tǒng)的復(fù)雜程度選取?？蓮娜缦聟?shù)中選取，系統(tǒng)輸入，系統(tǒng)輸出，系統(tǒng)誤差，和誤差變量，可在系統(tǒng)誤差e的基礎(chǔ)之上再加上其他參數(shù)輸入，使BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠適應(yīng)更為復(fù)雜的系統(tǒng)的PID參數(shù)整定。隱層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)視被控系統(tǒng)

2、的復(fù)雜程度進(jìn)行調(diào)整，一本系統(tǒng)復(fù)雜時(shí)，就需選用更多的隱層神經(jīng)元。輸出層的神經(jīng)元個(gè)數(shù)為3個(gè)，輸出分別為Kp,Ki和Kd。隱層神經(jīng)元函數(shù)一般選取正負(fù)對(duì)稱的sigmoid函數(shù)：由于Kp,Ki和Kd必須為正，則輸出層神經(jīng)元函數(shù)的輸出值一般可以選取正的sigmoid函數(shù)：系統(tǒng)性能指標(biāo)?。翰捎锰荻认陆捣▽?duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整：設(shè)輸入層的個(gè)數(shù)為N，輸出向量為，隱層個(gè)數(shù)為H，輸入陣為，為H×N維向量，輸出層的個(gè)數(shù)為3，輸入陣設(shè)為。令設(shè)隱層的輸入向量為，為列向量，第j個(gè)隱層神經(jīng)元的輸入：，（）第j個(gè)神經(jīng)元的輸出為；輸出層的輸入，輸出為按照梯度下降法修正網(wǎng)絡(luò)權(quán)系數(shù)，按E(k)的負(fù)方向調(diào)整系統(tǒng)，并且加

3、一個(gè)是搜索加快的收斂全局極小的慣性量：，其中為學(xué)習(xí)速率，為平滑因子；（，）其中為的第o行和第j列。由于未知，通常由符號(hào)函數(shù)來(lái)代替，所帶來(lái)的誤差可以通過(guò)調(diào)整來(lái)補(bǔ)償；若對(duì)應(yīng)的梯度為，則，令則最終同理，可得隱層的權(quán)值變量調(diào)整為：其中；基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID 控制算法可歸納如下：1). 事先選定BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)NN 的結(jié)構(gòu)，即選定輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)M 和隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)Q，并給出權(quán)系數(shù)的初值選定學(xué)習(xí)速率 和平滑因子 ， k = 1；2). 采樣得到r(k) 和y(k) ，計(jì)算e(k) = z(k) = r(k) y(k) ；3). 對(duì)r(i), y(i),u(i 1),e(i)進(jìn)行歸一化處理，作為NN 的輸入

4、；4). 前向計(jì)算NN 的各層神經(jīng)元的輸入和輸出，NN 輸出層的輸出即為PID 控制器的三個(gè)可調(diào)參數(shù)；5). 計(jì)算PID 控制器的控制輸出u(k) ，參與控制和計(jì)算；6). 計(jì)算修正輸出層的權(quán)系數(shù)；7). 計(jì)算修正隱含層的權(quán)系數(shù)；8). 置k = k +1，返回到“2）”。仿真實(shí)例：設(shè)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，采用增量式PID控制算法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)速率=0.05，平滑因子=0.04；設(shè)初始時(shí)的Kp,Ki,Kd=11 0.02 9,進(jìn)過(guò)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定后的Kp,Ki,Kd= 11.094 0.11525 9.0146，如下圖所示，紅線為未經(jīng)整定的PID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的控制的階躍響應(yīng)曲線，藍(lán)線是經(jīng)過(guò)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定PID參數(shù)后，系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線，可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定后的PID控制，明顯優(yōu)于初始時(shí)的PID控制，在響應(yīng)速度上大大提高，且?guī)缀鯖](méi)有超調(diào)。但是，單一經(jīng)過(guò)BP網(wǎng)絡(luò)