MATLAB下神经网络PID及模糊PID控制源码分享

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0 下载量 3 浏览量 更新于2024-12-09 1 收藏 9KB RAR 举报
具体涉及的技术点包括但不限于BP神经网络PID控制器(BP pid),小脑神经网络PID控制器(CMAC PID),径向基函数(Radial Basis Function, RBF)PID控制器,BP数值逼近算法,以及BP预测控制和模糊PID技术。通过这些代码,可以实现对动态系统的有效预测和精确控制。" 知识点详细说明: 1. MATLAB环境:MATLAB是MathWorks公司推出的一款高性能的数值计算和可视化软件,广泛应用于工程计算、控制设计、信号处理和通信等领域。MATLAB支持交互式环境,拥有强大的数值计算能力和绘图功能,还提供了一系列的工具箱(Toolbox),用以支持特定的工程和科学研究领域。 2. 神经网络PID控制:PID控制是工业控制中最常用的反馈控制方式,包括比例(P)、积分(I)和微分(D)三个控制项。神经网络PID控制是指将神经网络的自学习和自适应能力融入传统PID控制器中,使得控制器能够学习和适应复杂系统的动态特性。通过神经网络的训练,可以在线调整PID参数,从而提高系统的控制性能。 3. 模糊PID控制:模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方式,它将控制规则和操作用模糊集来表达。模糊PID控制结合了传统PID控制的精确性和模糊控制的灵活性,能够处理一些难以用精确数学模型描述的复杂系统。模糊控制器根据系统的当前状态,使用模糊规则来动态调整PID参数。 4. BP神经网络PID控制器(BP pid):BP神经网络是一种多层前馈神经网络,通过反向传播算法进行训练。在BP pid控制器中,神经网络用于学习和预测系统的行为,并实时调整PID控制器的参数,以适应系统的非线性和时变特性。 5. 小脑神经网络PID控制器(CMAC PID):小脑神经网络(Cerebellar Model Articulation Controller, CMAC)是另一种神经网络模型,特别适合用于处理时间序列数据和动态系统控制。CMAC网络具有局部泛化和快速学习的特性,在PID控制中可以作为系统状态和控制策略的映射工具。 6. 径向基函数(RBF)PID控制器:RBF网络是一种以径向基函数作为神经元激活函数的前馈神经网络,具有良好的逼近任意函数的能力。RBF PID控制器利用RBF网络对系统动态特性的逼近能力,通过网络训练调整PID参数,以提高对非线性系统的控制效果。 7. BP数值逼近算法:在控制理论中,数值逼近算法用于估计系统的行为或参数。BP数值逼近算法利用BP神经网络强大的非线性逼近能力,可以对系统中的非线性函数进行学习和逼近,为控制策略提供准确的数学模型。 8. BP预测控制:预测控制是一种基于模型的控制策略,通过预测系统未来一段时间内的行为,提前计算出最优控制动作。BP预测控制结合了BP神经网络的逼近能力,可以构建出非线性系统的动态模型,并实时进行预测和优化控制决策。 9. 模糊PID:模糊PID将模糊逻辑和PID控制结合起来,通过模糊规则调整PID参数。这种方法不需要精确的数学模型,能够处理系统的不确定性,并通过模糊逻辑进行规则定义和决策。 通过综合这些控制策略和算法,研究者和工程师可以设计出更加智能和高效的控制系统,以适应不断变化和要求越来越高的工业控制需求。

import numpy as np import torch import torch.nn as nn import torch.nn.functional as F import matplotlib.pyplot as plt # 定义RBF神经网络的类 class RBFNetwork(nn.Module): def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size): super(RBFNetwork, self).__init__() # 初始化输入层,隐含层,输出层的节点数 self.input_size = input_size self.hidden_size = hidden_size self.output_size = output_size # 初始化权重矩阵和偏置向量 self.W1 = nn.Parameter(torch.randn(input_size, hidden_size)) # 输入层到隐含层的权重矩阵 self.b1 = nn.Parameter(torch.randn(hidden_size)) # 隐含层的偏置向量 self.W2 = nn.Parameter(torch.randn(hidden_size, output_size)) # 隐含层到输出层的权重矩阵 self.b2 = nn.Parameter(torch.randn(output_size)) # 输出层的偏置向量 def forward(self,x): # 前向传播过程 x = torch.from_numpy(x).float() # 将输入向量转换为张量 x = x.view(-1, self.input_size) # 调整输入向量的形状,使其与权重矩阵相匹配 h = torch.exp(-torch.cdist(x, self.W1.t()) + self.b1) # 计算隐含层的输出值,使用高斯径向基函数作为激活函数 y = F.linear(h, self.W2.t(), self.b2) # 计算输出层的输出值,使用线性函数作为激活函数 return y #定义pid控制器 class Pid(): def __init__(self, exp_val, kp, ki, kd): self.KP = kp self.KI = ki self.KD = kd self.exp_val = exp_val self.now_val = 0 self.sum_err = 0 self.now_err = 0 self.last_err = 0 def cmd_pid(self): self.last_err = self.now_err self.now_err = self.exp_val - self.now_val self.sum_err += self.now_err self.now_val = self.KP * (self.exp_val - self.now_val) \ + self.KI * self.sum_err + self.KD * (self.now_err - self.last_err) return self.now_val def err_pid(self): self.last_err = self.now_err self.now_err = self.exp_val - self.now_val self.sum_err += self.now_err self.p_err = self.exp_val - self.now_val self.i_err = self.sum_err self.d_err = self.now_err - self.last_err self.now_val = self.KP * (self.exp_val - self.now_val) \ + self.KI * self.sum_err + self.KD * (self.now_err - self.last_err) return self.p_err, self.i_err, self.d_err rbf_net = RBFNetwork(3,10,4) pid_val = [] #对pid进行初始化,目标值是1000 ,p=0.1 ,i=0.15, d=0.1 A_Pid = Pid(1000, 0.1, 0.1, 0.1) # 然后循环100次把数存进数组中去 for i in range(0, 100): input_vector = np.array(A_Pid.err_pid()) output_vector = rbf_net(input_vector) output_vector = output_vector.reshape(4,1) A_Pid = Pid(1000, output_vector[0], output_vector[1], output_vector[2]) pid_val.append(A_Pid.cmd_pid())

2023-06-06 上传