基于憶阻器的智能PID控制器及應(yīng)用.pdf

1、在現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中，比例-積分-微分(PID)控制器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、調(diào)整簡(jiǎn)便、應(yīng)用廣泛等優(yōu)勢(shì)，但是隨著被控對(duì)象復(fù)雜度的不斷提高、非線性、時(shí)滯、時(shí)變系統(tǒng)的大量出現(xiàn)，常規(guī)PID控制器不能取得理想的控制效果，亟需新技術(shù)、新器件來(lái)改善和克服PID控制器在控制過(guò)程中的不足，有望實(shí)現(xiàn)精確、有效、實(shí)時(shí)控制。憶阻器具有無(wú)源特性、非線性、非易失性、類(lèi)突觸性、高密集度和高集成度等性質(zhì)，我們利用憶阻器的類(lèi)突觸優(yōu)勢(shì)將其應(yīng)用到PID控制系統(tǒng)中，取代常規(guī)

2、控制器中的比例、積分、微分系數(shù)，構(gòu)建新型憶阻PID控制器。該控制器與常規(guī)控制器相比，響應(yīng)速度更快、超調(diào)量更小、應(yīng)用更加靈活方便。本論文以憶阻器和常規(guī)控制器的理論研究為基礎(chǔ)，探尋二者的結(jié)合點(diǎn)并分析有效結(jié)合后的工作原理和控制效果，通過(guò)在電機(jī)系統(tǒng)、倒立擺系統(tǒng)等實(shí)際控制中的應(yīng)用，證明了該控制器的有效性和實(shí)用性。論文主要內(nèi)容包含以下四個(gè)方面:
　　 (1)詳細(xì)分析PID控制器的工作原理及分類(lèi)情況，指出PID控制器的優(yōu)勢(shì)和不足。介紹憶阻器的

3、工作原理及發(fā)展現(xiàn)狀，特別介紹了論文中運(yùn)用的磁控憶阻器。
　　 (2)介紹了常規(guī)單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制器的工作原理，用憶阻器突觸替代控制器中的比例、積分、微分系數(shù)，構(gòu)建了基于憶阻器的單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制器，這是本論文的創(chuàng)新之處。建立了憶阻PID控制器的數(shù)學(xué)模型和結(jié)構(gòu)原理圖，在不同學(xué)習(xí)規(guī)則下進(jìn)行了數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，分析了憶阻PID控制器在電機(jī)控制中的應(yīng)用，通過(guò)與傳統(tǒng)PID控制器的比較證明該新型控制器的輸入輸出曲線擬合效

4、果好，超調(diào)量小，收斂速度快。
　　 (3)在分析用于多變量控制的單神經(jīng)元自適應(yīng)多變量解耦PID控制器的結(jié)構(gòu)和原理的基礎(chǔ)上，為滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)時(shí)變、非線性、高控制品質(zhì)和多變量復(fù)雜系統(tǒng)的控制需求，本文將憶阻器引入到控制系統(tǒng)中，構(gòu)建基于憶阻器的單神經(jīng)元自適應(yīng)多變量解耦PID控制器。通過(guò)數(shù)值仿真說(shuō)明該控制器學(xué)習(xí)速度快，曲線擬合效果好、超調(diào)量小，系統(tǒng)穩(wěn)定;通過(guò)對(duì)倒立擺系統(tǒng)的擺桿角度和小車(chē)移動(dòng)軌跡的控制研究，證實(shí)了該新型控制器的可行性和實(shí)用性

5、。
　　 (4)根據(jù)基于CMAC的PID復(fù)合控制器的工作原理和數(shù)學(xué)模型，用憶阻器突觸取代CMAC網(wǎng)絡(luò)的突觸權(quán)值，建立基于憶阻器CMAC網(wǎng)絡(luò)的PID復(fù)合控制器，通過(guò)含有憶阻器和不含憶阻器的復(fù)合控制器的比較，證明了基于憶阻器CMAC網(wǎng)絡(luò)的PID復(fù)合控制器具有更快的逼近速度和更好的逼近精度，控制效果比較好，優(yōu)勢(shì)明顯。
　　 理論分析與數(shù)值仿真說(shuō)明，本論文提出的用憶阻器突觸代替PID控制器的比例、積分和微分系數(shù)這一想法是可行的，