用python编写基于强化学习的pid控制倒立摆的代码

时间: 2024-05-01 11:20:09 浏览: 242
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pid控制倒立摆

好的,下面是基于强化学习的PID控制倒立摆的Python代码。这个代码使用了深度强化学习库TensorFlow和OpenAI Gym环境。 首先,我们需要安装依赖库: ```python !pip install tensorflow gym ``` 接下来,我们编写代码: ```python import gym import numpy as np import tensorflow as tf # 定义PID控制器 class PIDController: def __init__(self, P=0.1, I=0.0, D=0.0): self.Kp = P self.Ki = I self.Kd = D self.last_error = 0.0 self.integral_error = 0.0 def control(self, error, dt): self.integral_error += error * dt derivative_error = (error - self.last_error) / dt output = self.Kp * error + self.Ki * self.integral_error + self.Kd * derivative_error self.last_error = error return output # 定义神经网络模型 class NeuralNetwork: def __init__(self, input_size, output_size, hidden_size=64, learning_rate=0.001): self.input_size = input_size self.output_size = output_size self.hidden_size = hidden_size self.learning_rate = learning_rate self.x = tf.placeholder(tf.float32, shape=[None, self.input_size]) self.y = tf.placeholder(tf.float32, shape=[None, self.output_size]) self.W1 = tf.Variable(tf.random_normal([self.input_size, self.hidden_size])) self.b1 = tf.Variable(tf.random_normal([self.hidden_size])) self.W2 = tf.Variable(tf.random_normal([self.hidden_size, self.output_size])) self.b2 = tf.Variable(tf.random_normal([self.output_size])) self.hidden_layer = tf.nn.relu(tf.add(tf.matmul(self.x, self.W1), self.b1)) self.output_layer = tf.add(tf.matmul(self.hidden_layer, self.W2), self.b2) self.loss = tf.reduce_mean(tf.square(self.y - self.output_layer)) self.optimizer = tf.train.AdamOptimizer(learning_rate=self.learning_rate).minimize(self.loss) self.sess = tf.Session() self.sess.run(tf.global_variables_initializer()) def train(self, inputs, targets): _, loss = self.sess.run([self.optimizer, self.loss], feed_dict={self.x: inputs, self.y: targets}) return loss def predict(self, inputs): return self.sess.run(self.output_layer, feed_dict={self.x: inputs}) # 定义环境和参数 env = gym.make('InvertedPendulum-v2') state_size = env.observation_space.shape[0] action_size = env.action_space.shape[0] PID = PIDController(P=5.0, I=0.0, D=0.5) NN = NeuralNetwork(state_size, action_size) max_episodes = 1000 max_steps = 1000 gamma = 0.99 epsilon = 1.0 epsilon_min = 0.01 epsilon_decay = 0.995 # 训练模型 for episode in range(max_episodes): state = env.reset() total_reward = 0 for step in range(max_steps): if np.random.random() < epsilon: action = env.action_space.sample() else: action = NN.predict([state])[0] next_state, reward, done, _ = env.step(action) error = next_state[2] # 使用摆杆的角速度作为误差信号 control_signal = PID.control(error, env.dt) target = action + gamma * control_signal target = np.clip(target, -1.0, 1.0) target = np.expand_dims(target, axis=0) loss = NN.train(np.array([state]), target) state = next_state total_reward += reward if done: break print("Episode: {} Total Reward: {:.2f} Epsilon: {:.2f} Loss: {:.4f}".format( episode + 1, total_reward, epsilon, loss)) epsilon = max(epsilon_min, epsilon_decay * epsilon) ``` 代码的思路是:在每个时间步中,使用神经网络预测下一个动作,并使用PID控制器根据摆杆的角速度计算控制信号。然后将控制信号作为目标值,与神经网络预测的动作值计算损失值,并使用反向传播算法训练神经网络模型。 代码中使用了OpenAI Gym中的倒立摆环境,可以使用以下代码进行安装: ```python !pip install gym ``` 然后,可以使用以下代码运行倒立摆环境: ```python import gym env = gym.make('InvertedPendulum-v2') env.reset() for _ in range(1000): env.render() env.step(env.action_space.sample()) env.close() ``` 以上就是基于强化学习的PID控制倒立摆的Python代码。
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