圖2 神經(jīng)網(wǎng)絡控制器結構圖

由圖可知：控制器由兩部分組成，分別為常規(guī)PID控制和神經(jīng)網(wǎng)絡，其中，常規(guī)PID直接對被控對象進行閉環(huán)控制，并且其控制參數(shù)Kp、Ki、Kd為在線調整方式；神經(jīng)網(wǎng)絡，根據(jù)系統(tǒng)的運行狀態(tài)，調節(jié)PID控制器的參數(shù)，以期達到某種性能指標的最優(yōu)化，使輸出層神經(jīng)元的輸出對應于PID控制器的三個可調參數(shù)。通過神經(jīng)網(wǎng)絡的自學習、加權系數(shù)的調整，使神經(jīng)網(wǎng)絡輸出對應于某種最優(yōu)控制規(guī)律下的PID控制器參數(shù)。
2、控制算法
神經(jīng)網(wǎng)絡PID的控制算法[5]如下：
(1). 確定神經(jīng)網(wǎng)絡的結構，即確定輸入節(jié)點數(shù)和隱含層節(jié)點數(shù),并給出各層加權系數(shù)的初值和，并選定學習速率 和慣性系數(shù) ，令k =1；
(2). 采樣得到r(k)和y(k)，計算當前時刻誤差error(k)= r(k)-y(k)；
(3). 計算各神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入、輸出，其輸出層的輸出即為PID控制器的三個控制參數(shù)Kp、Ki、Kd；
(4). 計算 PID控制器的輸出；
(5). 進行神經(jīng)網(wǎng)絡學習，在線調整加權系數(shù)，實現(xiàn) PID控制參數(shù)的自適應調整；
(6). 令k=k+1，返回第(1)步。
4.仿真實例
4.1被控對象
設被控對象的近似數(shù)學模型為：，所選的輸入信號為一時變信號：
神經(jīng)網(wǎng)絡的結構選擇4-5-3，學習速率為0.55，慣性系數(shù)為0.04，加權系數(shù)初始值為區(qū)間[-0.5，0.5]上的隨機數(shù)，采樣頻率為1000Hz。
Matlab仿真結果如圖三所示：

圖3-1 輸入輸出曲線

圖3-2 誤差曲線

4.2 仿真結果分析
由仿真曲線可以看出，神經(jīng)網(wǎng)絡PID穩(wěn)態(tài)誤差小，解決了常規(guī)PID超調，抖動等問題，控制精度高，實現(xiàn)了對控制信號幾乎相同的跟蹤，具有較好的快速性和適應性。
5. 結語
神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制器實現(xiàn)了兩種算法本質的結合，借助于神經(jīng)網(wǎng)絡的自學習，自組織能力，可實現(xiàn)PID參數(shù)的在線調整，控制器自適應性好；該算法不要求被控對象有精確的數(shù)學模型，擴大了應用范圍，控制效果良好；在合理選擇神經(jīng)網(wǎng)絡的結構的情況下，該算法有很強的泛化能力。基于以上優(yōu)點，神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制器具有很好的發(fā)展應用前景。