基于神经网络的参数自整定PID控制算法研究
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基于神经网络的参数自整定PID控制算法研究
作者:任子武 Publish: 2004-11-18 Hits:-
【中文题名】 基于神经网络的参数自整定PID控制算法研究
【英文题名】 Study on the Parameters Self-Adjustment PID Control Algorithm Based on Neural Network
【学科专业】 控制理论与控制工程
【论文级别】 硕士论文
【投稿时间】 2004-11-18
【中关键词】 遗传算法,神经网络,PID,辨识,,
【英关键词】 genetic algorithm,neural networks,PID,identification,
【分类导航】 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化基础理论>自动控制理论>>
【论文摘要】 PID控制是一种应用很普遍的控制技术,目前在很多方面都有广泛的应用。然而,在工业上有许多无法建立精确数学模型的复杂控制对象,和比较复杂、非线性的控制对象,如果用传统的PID来进行控制的话,那么很难获得比较理想的控制效果。 近年来,采用结合遗传算法的人工神经网络的控制方法已日益引起人们的重视。神经网络具有表示任意非线性函数、自适应学习和并行分布处理等优点;而遗传算法(GA)有高效的全局随机搜索能力,因此本文提出了一种融合遗传算法的神经网络PID控制方法。该方法用遗传算法(GA)学习优化神经网络的初始权系数,得到一组接近最佳的BP网络初始权系数的参数组合;在此基础上,采用RBF辨识网络求取对象的灵敏度信息,同时通过BP算法修正BP网络自身权系数,实现PID参数的在线调整。该算法既保留了遗传算法的强全局随机搜索能力,又具有神经网络的鲁棒性和自学习能力。仿真结果显示了遗传算法快速学习神经网络权系数的能力,并且有效地提高了多层前向神经网络权系数的学习效率与收敛精度,确保了快速达到全局收敛,克服了多层前向神经网络传统的误差反向传播算法中精度低、收敛速度慢、容易陷入局部极小的缺陷,表明了该方法的可行性与有效性。
【论文题纲】
摘 要 5-6
Abstract 6-10
第1章 绪论 10-17
1.1 引言 10
1.2 智能PID控制 10-12
1.2.1 专家PID控制 11
1.2.2 模糊自适应整定PID控制 11
1.2.3 神经网络PID控制 11-12
1.3 神经网络PID控制 12-15
1.3.1 神经网络控制系统特性 12-13
1.3.2 神经网络建模与辨识 13
1.3.3 神经网络控制作用和结构 13-14
1.3.4 当前神经网络控制的研究课题 14-15
1.4 本文的主要内容 15-17
第2章 数字PID控制 17-21
2.1 PID控制原理 17-18
2.2 数字PID控制 18-20
2.2.1 位置式PID控制算法 18-19
2.2.2 增量式PID控制算法 19-20
2.3 本章小结 20-21
第3章 神经网络原理和应用 21-31
3.1 单神经元数学模型 21-22
3.2 几种典型的学习规则 22-23
3.3 典型的多层前向网络-BP网络的结构及算法 23-28
3.3.1 BP神经网络的前向计算 23-24
3.3.2 BP神经网络的误差反向传播和加权系数的调整 24-28
3.4 径向基函数神经网络 28-30
3.4.1 网络输出计算 28-29
3.4.2 网络的在线学习算法 29-30
3.5 本章小结 30-31
第4章 神经网络PID控制方法研究 31-49
4.1 引言 31-32
4.2 基于BP神经网络的PID控制 32-40
4.2.1 PID控制器的离散差分方程 32
4.2.2 结构形式及控制算法 32-36
4.2.3 仿真研究 36-40
4.3 利用辨识网络求取对象的灵敏度信息 40-43
4.3.1 径向基函数(RBF)辩识网络 40-42
4.3.2 辨识算法的仿真 42-43
4.4 改进型BP神经网络参数自学习PID控制器 43-48
4.4.1 改进后控制器的结构形式及控制算法 43-44
4.4.2 仿真研究 44-48
4.5 本章小结 48-49
第5章 遗传算法在神经网络PID控制算法中应用 49-64
5.1 遗传算法基本原理 49-51
5.2 遗传算法设计步骤 51-53
5.3 遗传算法在神经网络学习中的应用 53-55
5.4 基于遗传算法和神经网络的PID控制算法 55-63
5.4.1 基于GA和NN的PID控制器结构形式及控制算法 55-56
5.4.2 仿真研究 56-63
5.5 本章小结 63-64
结论 64-66
参考文献 66-69
攻读硕士学位期间发表的论文 69-70
致 谢 70
【DOI】 LunWen.ID:2.2008.387208
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