第41卷第5期中南大学学报(自然科学版Vol.41No.52010年10月JournalofCentralSouthUniversity(ScienceandTechnologyOct.2010一种基于神经网络算法的非线性PID控制器李桂梅1,曾喆昭2(1.湖南商学院计算机与电子工程学院,湖南长沙,410205;2.长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙,410076摘要:针对非线性、不确定时滞对象,提出一种基于神经网络算法的非线性PID控制器。该控制器将传统PID的比例、积分和微分参数分别构造成关于误差信号的非线性函数,并将非线性比例运算单元、非线性积分运算单元和非线性微分运算单元分别作为隐层神经元的激励函数,从而构造将PID控制与神经网络控制融为一体的智能控制器。研究结果表明:采用此智能控制器有效解决了传统PID难以控制非线性对象的问题以及传统神经网络控制器隐层神经元节点数难以确定的问题,仿真结果验证了该智能控制器的有效性。关键词:神经网络;PID控制器;非线性控制:TP183文献标志码:A:1672−7207(201005−1865−06AnonlinearPIDcontrollerbasedonneuralnetworkalgorithmLIGui-mei1,ZENGZhe-zhao2(1.CollegeofComputerandElectronicEngineering,HunanUniversityofCommerce,Changsha410205,China;2.CollegeofElectricalandInformationEngineering,ChangshaUniversityofScienceandTechnology,Changsha410076,ChinaAbstract:Aimingatnonlinearanduncertaintime-delayobjects,anonlinearPIDcontrollerbasedonneuralnetworkalgorithmwasproposed.Thecontrollerusednonlinearproportional,nonlinearintegralandnonlineardifferentialfunctionsonerrorsignalasproportional,integralanddifferentialparametersoftraditionalPIDcontroller,andusednonlinearproportionaloperationunit,nonlinearintegraloperationunitandnonlineardifferentialoperationunitasexcitationfunctionsofhiddenlayerneurons,whichconsistsofPIDcontrollerandneuralnetworkcontroller.TheresultsshowthattheintelligentcontrollereffectivelysolvesthecontrolproblemofnonlinearobjectandtheproblemofnumberofneuronsofhiddenlayeranditisdifficultforthetraditionalPIDcontrollertosolveanddetermine.Simulationresultsshowtheeffectivenessoftheintelligentcontroller.Keywords:neuralnetwork;PIDcontroller;nonlinearcontrol随着系统复杂程度的提高和对象不确定性因素的增多,传统的PID控制已经不再适用,而非线性PID控制能真实反映控制量与偏差信号之间的非线性,在一定程度上克服了线性PID控制的缺陷。近10年来,国内外许多研究者将非线性特性引入PID控制器的设计[1−9]。目前,由多种方式合成的非线性PID控制器主要有模糊系统[10]、人工神经网络[11]以及基于经验式的非线性函数设定[1−7,9,12−13]等。从原理上说,非线性特性的引入可以为控制过程带来许多益处,如补偿被控对象的非线性、改善控制性能、提高控制系统的鲁收稿日期:2010−01−03;修回日期:2010−04−15基金项目:湖南省科技计划项目(2010GK3035,2009GK3186;湖南省教育厅重点项目(08A006;长沙市科技计划项目(K0904040-11通信作者:李桂梅(1965−,女,湖南涟源人,副教授,从事智能信息处理及智能系统设计研究;电话:0731-********;E-mail:liggmm@126中南大学学报(自然科学版第41卷1866棒性等,为控制器的设计提供新的自由度,但在理论与应用研究中较复杂[9]。在这种情况下,研究一种设计简单、使用方便的非线性PID控制器具有重要的理论意义和应用价值。基于经验式的非线性函数设定方法是使常规PID控制器的比例增益系数Kp、积分增益系数Ki和微分增益系数Kd成为偏差信号e(t的非线性函数,即Kp(e(t,Ki(e(t和Kd(e(t,然后,以这3个函数来代替常规PID控制器的3个增益系数。尽管以偏差信号作为生成非线性函数Kp(e(t,Ki(e(t和Kd(e(t的依据,但生成过程究竟符合什么样的规律并没有固定的公式可利用,这正是建立非线性PID控制器模型的关键。要得到非线性函数Kp(e(t,Ki(e(t和Kd(e(t的准确解析式很复杂,在此,本文作者通过分析常规PID参数随系统过渡过程误差变化的理想变化关系[14],分别给出比例、积分和微分增益参数关于误差的动态非...