一種基于憶阻器的單神經(jīng)元PID控制器制造技術(shù)

本實(shí)用新型專利技術(shù)公開了一種基于憶阻器的單神經(jīng)元PID控制器，包括：第一憶阻器M1、第二憶阻器M2、第三憶阻器M3以及求和電路；其中，所述第一憶阻器M1、所述第二憶阻器M2以及所述第三憶阻器M3的一端分別與所述求和電路輸入端連接。該控制器結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)能自動(dòng)調(diào)整，控制精度高。（*該技術(shù)在2024年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和控制
，具體涉及一種基于憶阻器的單神經(jīng)元PID控制器。
技術(shù)介紹
單神經(jīng)元PID控制器是一種用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法來實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)自整定的控制器，具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)的特點(diǎn)。對于復(fù)雜非線性系統(tǒng)，單神經(jīng)元PID控制器的控制效果明顯好于常規(guī)控制器，因此該控制器在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。目前單神經(jīng)元PID控制器主要采用軟件實(shí)現(xiàn)，無法發(fā)揮神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并行處理的優(yōu)勢，軟件的離散實(shí)現(xiàn)也從一定程度上降低了控制精度，無法滿足實(shí)時(shí)控制的要求。另外，現(xiàn)有的一些單神經(jīng)元PID控制器電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)成本高，參數(shù)不易調(diào)整，不利于實(shí)際應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中單神經(jīng)元PID控制器電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、參數(shù)不易調(diào)整等缺陷，提供一種基于憶阻器的單神經(jīng)元PID控制器，該控制器結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)能自動(dòng)調(diào)整。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本技術(shù)提供了一種基于憶阻器的單神經(jīng)元PID控制器，包括：第一憶阻器M1、第二憶阻器M2、第三憶阻器M3以及求和電路；其中，所述第一憶阻器M1、所述第二憶阻器M2以及所述第三憶阻器M3的一端分別與所述求和電路輸入端連接。本方案進(jìn)一步的，還包括信號轉(zhuǎn)換模塊，所述信號轉(zhuǎn)換模塊輸出的誤差比例信號x1、誤差積分信號x2以及誤差微分信號x3分別與所述第一憶阻器M1、所述第二憶阻器M2以及所述第三憶阻器M3的另一端連接。本方案進(jìn)一步的，將所述第一憶阻器、所述第二憶阻器以及所述第三憶阻器分別等效于憶阻器等效電路，所述憶阻器等效電路包括：電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容C1、第一運(yùn)算放大器U1、第二運(yùn)算放大器U2、第三運(yùn)算放大器U3以及第一模擬乘法器A1；所述第一運(yùn)算放大器U1的同相輸入端分別與所述第一模擬法器A1的一個(gè)乘數(shù)輸入端Y以及所述第三運(yùn)算放大器U3的TZ端連接，所述第一運(yùn)算放大器U1的輸出端分別與所述電阻R1的一端及所述第一運(yùn)算放大器U1的反相輸入端連接；所述第二運(yùn)算放大器U2的反相輸入端分別與所述電阻R1的另一端及所述電容C1的一端連接，所述第二運(yùn)算放大器U2的輸出端分別與所述電容C1的另一端以及所述第一模擬乘法器A1的另一輸入端X連接，所述第二運(yùn)算放大器U2的同相輸入端接地；所述第三運(yùn)算放大器U3的反相輸入端與所述電阻R3的一端連接，所述第三運(yùn)算放大器U3的同相輸入端接地；所述電阻R3的另一端分別與所述第一模擬乘法器的輸出端及所述電阻R2的一端連接；其中，所述憶阻器等效電路等效于所述憶阻器的一端為所述電阻R2的另一端，及等效于所述憶阻器的另一端為所述第一運(yùn)算放大器U1的同相輸入端;以及所述第三運(yùn)算放大器U3的型號為AD844。本方案進(jìn)一步的，所述求和電路包括運(yùn)算放大器U及反饋電阻R；所述運(yùn)算放大器的反向輸入端通過反饋電阻與所述運(yùn)算放大器的輸出端連接，所述運(yùn)算放大器的同相輸入端接地；其中所述求和電路的輸入端為所述運(yùn)算放大器的反向輸入端。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)具有如下有益效果：本技術(shù)采用具有記憶特性的時(shí)變電阻—憶阻器作為PID增益自適應(yīng)調(diào)節(jié)手段，使得電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，精度高，高智能化，控制器參數(shù)能夠在線自動(dòng)調(diào)整，響應(yīng)速度快，具有較強(qiáng)的實(shí)用性；進(jìn)一步的本技術(shù)可以控制機(jī)理復(fù)雜，具有高度非線性、時(shí)變性以及不確定性等特點(diǎn)的工業(yè)被控對象。附圖說明圖1為本技術(shù)基于憶阻器的單神經(jīng)元PID控制器電路的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本技術(shù)憶阻器等效電路的結(jié)構(gòu)圖；圖3為本技術(shù)憶阻器等效電路在正弦激勵(lì)信號下的伏安特性曲線；圖4為本技術(shù)基于憶阻器的單神經(jīng)元PID控制器的實(shí)際電路圖；圖5（a）和圖5（b）為本技術(shù)所述的一種基于憶阻器的單神經(jīng)元PID控制器的實(shí)施例電路的仿真曲線；其中圖5（a）是正弦信號跟蹤曲線；圖5（b）是跟蹤誤差曲線。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖，對本技術(shù)的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本技術(shù)的保護(hù)范圍并不受具體實(shí)施方式的限制。本技術(shù)技術(shù)方案采用具有記憶特性的時(shí)變電阻—憶阻器作為PID增益自適應(yīng)調(diào)節(jié)手段，提供了一種基于憶阻器的單神經(jīng)元PID控制系統(tǒng)；如圖1所示，該控制系統(tǒng)包括：信號轉(zhuǎn)換模塊1、單神經(jīng)元PID控制器2、控制對象3、測量模塊4和比較環(huán)節(jié)5；信號轉(zhuǎn)換模塊1連接單神經(jīng)元PID控制器2，單神經(jīng)元PID控制器2連接控制對象3，在通過測量模塊4連接到比較環(huán)節(jié)5，最后連接信號轉(zhuǎn)換模塊1形成一個(gè)閉環(huán)回路；信號轉(zhuǎn)換模塊的輸入信號為誤差信號e，輸出信號分別是誤差比例信號x1、誤差積分信號x2和誤差微分信號x3；單神經(jīng)元PID控制器2包括：第一憶阻器M1、第二憶阻器M2、第三憶阻器M3以及求和電路；求和電路包括反饋電阻R和運(yùn)算放大器U；第一憶阻器M1的a1端與誤差比例信號x1連接，b1端分別與反饋電阻R的一端和運(yùn)算放大器U的反相輸入端連接；第二憶阻器M2的a2端與誤差積分信號x2連接，b2端分別與反饋電阻R的一端和運(yùn)算放大器U的反相輸入端連接；第三憶阻器M3的a3端與誤差微分信號x3連接，b3端分別與反饋電阻R的一端和運(yùn)算放大器U的反相輸入端連接；反饋電阻R的另一端與運(yùn)算放大器U的輸出端連接；運(yùn)算放大器U的同相輸入端接地以及輸出端連接控制對象。圖1中單神經(jīng)元PID控制器2的輸入變量xi(t)分別為：x1(t)=e(t)x2(t)=∫e(t)dtx3(t)=de(t)dt---(1)]]>（1）式中e(t)=r(t)-y(t)表示實(shí)際輸出與期望值的誤差；運(yùn)算放大器U的輸入輸出關(guān)系為：x1W1+x2W2+x3W3=uR---(2)]]>磁控式憶阻器的憶導(dǎo)與磁通φ的關(guān)系為，因此有u=-R(x1α1∫x1dt+x2α2∫x2dt+x3α3∫x3dt)=-RΣi=13xiWi---(3)]]>式（3）中Wi是采用無監(jiān)督Hebb規(guī)則進(jìn)行調(diào)節(jié)的權(quán)值，從而單神經(jīng)元PID控制器2的PID參數(shù)能夠自適應(yīng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了單神經(jīng)元PID控制器的功能。進(jìn)一步如圖2所示，因憶阻器現(xiàn)以電路模擬模型居多，因此引進(jìn)憶阻器等效電路來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本專利技術(shù)技術(shù)方案可以實(shí)現(xiàn)，憶阻器等效電路包括：電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容C1、第一運(yùn)算放大器U1、第二運(yùn)算放大器U2、第三運(yùn)算放大器U3以及第一模擬乘法器A1；第一運(yùn)算放大器U1的同相輸入端分別與第本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于憶阻器的單神經(jīng)元PID控制器，其特征在于，包括：第一憶阻器M1、第二憶阻器M2、第三憶阻器M3以及求和電路；其中，所述第一憶阻器M1、所述第二憶阻器M2以及所述第三憶阻器M3的一端分別與所述求和電路輸入端連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于憶阻器的單神經(jīng)元PID控制器，其特征在于，包括：第一憶
阻器M1、第二憶阻器M2、第三憶阻器M3以及求和電路；
其中，所述第一憶阻器M1、所述第二憶阻器M2以及所述第三憶阻器M3的一端分別與所述求和電路輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于，還包括信號轉(zhuǎn)換模塊，
所述信號轉(zhuǎn)換模塊輸出的誤差比例信號x1、誤差積分信號x2以及誤差微分信
號x3分別與所述第一憶阻器M1、所述第二憶阻器M2以及所述第三憶阻器
M3的另一端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制器，其特征在于，將所述第一憶阻器、
所述第二憶阻器以及所述第三憶阻器分別等效于憶阻器等效電路，所述憶阻
器等效電路包括：電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容C1、第一運(yùn)算放大器U1、
第二運(yùn)算放大器U2、第三運(yùn)算放大器U3以及第一模擬乘法器A1；
所述第一運(yùn)算放大器U1的同相輸入端分別與所述第一模擬法器A1的一
個(gè)乘數(shù)輸入端Y以及所述第三運(yùn)算放大器U3的TZ端連接，所述第一運(yùn)算放大
器U1的輸出端分別與所述電阻R1的一端及所述第...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陸益民，梁倩倩，黃險(xiǎn)峰，
申請(專利權(quán))人：廣西大學(xué)，
類型：新型
國別省市：廣西;45