给我一段c++编写的基于深度学习的pid控制算法

时间: 2023-06-14 13:06:41 浏览: 117
以下是一个基于深度学习的PID控制算法的C++实现示例: ```c++ #include <iostream> #include <math.h> #include <vector> #include <cstdlib> #include <ctime> //定义神经网络结构 class NeuralNetwork { public: NeuralNetwork(int num_input, int num_hidden, int num_output) { //初始化权重和偏置 input_num = num_input; hidden_num = num_hidden; output_num = num_output; weights_ih.resize(num_hidden, std::vector<double>(num_input, 0)); weights_ho.resize(num_output, std::vector<double>(num_hidden, 0)); bias_h.resize(num_hidden, 0); bias_o.resize(num_output, 0); //随机初始化权重和偏置 srand((unsigned)time(NULL)); for (int i = 0; i < num_hidden; i++) { for (int j = 0; j < num_input; j++) { weights_ih[i][j] = (double)rand() / RAND_MAX * 2 - 1; } } for (int i = 0; i < num_output; i++) { for (int j = 0; j < num_hidden; j++) { weights_ho[i][j] = (double)rand() / RAND_MAX * 2 - 1; } } for (int i = 0; i < num_hidden; i++) { bias_h[i] = (double)rand() / RAND_MAX * 2 - 1; } for (int i = 0; i < num_output; i++) { bias_o[i] = (double)rand() / RAND_MAX * 2 - 1; } } //前向传播 std::vector<double> predict(std::vector<double> input) { std::vector<double> hidden(hidden_num); std::vector<double> output(output_num); for (int i = 0; i < hidden_num; i++) { double sum = 0; for (int j = 0; j < input_num; j++) { sum += input[j] * weights_ih[i][j]; } hidden[i] = sigmoid(sum + bias_h[i]); } for (int i = 0; i < output_num; i++) { double sum = 0; for (int j = 0; j < hidden_num; j++) { sum += hidden[j] * weights_ho[i][j]; } output[i] = sigmoid(sum + bias_o[i]); } return output; } //反向传播 void train(std::vector<double> input, std::vector<double> target, double learning_rate) { std::vector<double> hidden(hidden_num); std::vector<double> output(output_num); for (int i = 0; i < hidden_num; i++) { double sum = 0; for (int j = 0; j < input_num; j++) { sum += input[j] * weights_ih[i][j]; } hidden[i] = sigmoid(sum + bias_h[i]); } for (int i = 0; i < output_num; i++) { double sum = 0; for (int j = 0; j < hidden_num; j++) { sum += hidden[j] * weights_ho[i][j]; } output[i] = sigmoid(sum + bias_o[i]); } //计算损失函数 std::vector<double> output_error(output_num); for (int i = 0; i < output_num; i++) { output_error[i] = target[i] - output[i]; } std::vector<double> hidden_error(hidden_num); for (int i = 0; i < hidden_num; i++) { double sum = 0; for (int j = 0; j < output_num; j++) { sum += output_error[j] * weights_ho[j][i]; } hidden_error[i] = sum * sigmoid_derivative(hidden[i]); } //更新权重和偏置 for (int i = 0; i < output_num; i++) { for (int j = 0; j < hidden_num; j++) { weights_ho[i][j] += learning_rate * output_error[i] * hidden[j]; } bias_o[i] += learning_rate * output_error[i]; } for (int i = 0; i < hidden_num; i++) { for (int j = 0; j < input_num; j++) { weights_ih[i][j] += learning_rate * hidden_error[i] * input[j]; } bias_h[i] += learning_rate * hidden_error[i]; } } private: int input_num; int hidden_num; int output_num; std::vector<std::vector<double>> weights_ih; std::vector<std::vector<double>> weights_ho; std::vector<double> bias_h; std::vector<double> bias_o; //激活函数 double sigmoid(double x) { return 1 / (1 + exp(-x)); } //激活函数的导数 double sigmoid_derivative(double x) { return x * (1 - x); } }; //定义PID控制器 class PIDController { public: PIDController(double p, double i, double d, double max_output, double min_output, double dt) { kp = p; ki = i; kd = d; max_output_value = max_output; min_output_value = min_output; delta_time = dt; last_error = 0; integral_error = 0; } //计算输出 double calculate(double setpoint, double feedback) { double error = setpoint - feedback; double derivative_error = (error - last_error) / delta_time; integral_error += error * delta_time; double output = kp * error + ki * integral_error + kd * derivative_error; if (output > max_output_value) { output = max_output_value; } else if (output < min_output_value) { output = min_output_value; } last_error = error; return output; } private: double kp; double ki; double kd; double max_output_value; double min_output_value; double delta_time; double last_error; double integral_error; }; int main() { NeuralNetwork nn(1, 4, 1); //创建神经网络,输入层1个节点,隐藏层4个节点,输出层1个节点 PIDController pid(0.2, 0.1, 0.05, 1, -1, 0.1); //创建PID控制器,P=0.2,I=0.1,D=0.05,输出范围[-1,1],采样时间0.1s double setpoint = 10; //设定目标值 double feedback = 0; //初始反馈值 for (int i = 0; i < 100; i++) { std::vector<double> input{ feedback }; //神经网络输入为反馈值 std::vector<double> output = nn.predict(input); //通过神经网络得到输出 double output_value = output[0]; //输出值即为神经网络输出的第一个元素 double control_value = pid.calculate(setpoint, feedback); //计算PID控制值 feedback = output_value + control_value; //反馈值为神经网络输出值加上PID控制值 std::vector<double> target{ feedback }; //神经网络的目标值为反馈值 nn.train(input, target, 0.1); //用反馈值训练神经网络 std::cout << "Setpoint: " << setpoint << ", Feedback: " << feedback << ", Output: " << output_value << ", Control: " << control_value << std::endl; } return 0; } ``` 这个程序实现了一个基于深度学习的PID控制器。首先创建了一个具有1个输入节点、4个隐藏节点和1个输出节点的神经网络,然后用PID控制器计算控制值,将控制值和神经网络输出值相加得到反馈值,最后用反馈值训练神经网络。神经网络的输入为反馈值,输出为反馈值的预测值。PID控制器的参数可以根据实际情况进行调整。
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