基于憶阻器的智能PID控制器及應用.pdf

1、在現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中，比例-積分-微分(PID)控制器具有結構簡單、實用性強、調整簡便、應用廣泛等優(yōu)勢，但是隨著被控對象復雜度的不斷提高、非線性、時滯、時變系統(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、新器件來改善和克服PID控制器在控制過程中的不足，有望實現(xiàn)精確、有效、實時控制。憶阻器具有無源特性、非線性、非易失性、類突觸性、高密集度和高集成度等性質，我們利用憶阻器的類突觸優(yōu)勢將其應用到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)，構建新型憶阻PID控制器。該控制器與常規(guī)控制器相比，響應速度更快、超調量更小、應用更加靈活方便。本論文以憶阻器和常規(guī)控制器的理論研究為基礎，探尋二者的結合點并分析有效結合后的工作原理和控制效果，通過在電機系統(tǒng)、倒立擺系統(tǒng)等實際控制中的應用，證明了該控制器的有效性和實用性。論文主要內容包含以下四個方面:
　　 (1)詳細分析PID控制器的工作原理及分類情況，指出PID控制器的優(yōu)勢和不足。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用的磁控憶阻器。
　　 (2)介紹了常規(guī)單神經元自適應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)，構建了基于憶阻器的單神經元自適應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)學模型和結構原理圖，在不同學習規(guī)則下進行了數(shù)值仿真實驗。在此基礎上，分析了憶阻PID控制器在電機控制中的應用，通過與傳統(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，超調量小，收斂速度快。
　　 (3)在分析用于多變量控制的單神經元自適應多變量解耦PID控制器的結構和原理的基礎上，為滿足現(xiàn)代工業(yè)對時變、非線性、高控制品質和多變量復雜系統(tǒng)的控制需求，本文將憶阻器引入到控制系統(tǒng)中，構建基于憶阻器的單神經元自適應多變量解耦PID控制器。通過數(shù)值仿真說明該控制器學習速度快，曲線擬合效果好、超調量小，系統(tǒng)穩(wěn)定;通過對倒立擺系統(tǒng)的擺桿角度和小車移動軌跡的控制研究，證實了該新型控制器的可行性和實用性

5、。
　　 (4)根據(jù)基于CMAC的PID復合控制器的工作原理和數(shù)學模型，用憶阻器突觸取代CMAC網絡的突觸權值，建立基于憶阻器CMAC網絡的PID復合控制器，通過含有憶阻器和不含憶阻器的復合控制器的比較，證明了基于憶阻器CMAC網絡的PID復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)勢明顯。
　　 理論分析與數(shù)值仿真說明，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，