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已知某系统的传递函数为,通过PID控制器将系统处于稳定状态,通过MATLAB软件编程。通过对参数的设置得到**终仿真结果。
图3-3PID误差动态曲线
图3-4PID控制器输入和输出动态曲线
图3-5Kp,Ki,Kd参数自整定曲线
从上面几幅图,BP神经网络PID控制系统在**超调量、上升时间、调节时间、暂态过程中的振荡范围等暂态性能上都要优于常规PID控制系统。它能使控制系统各输出值较好的跟踪给定值,从而保证高精度、高品质的控制输出。可当数学模型改变时,基于传统PID控制器的输出值就不能达到输出给定值,也不能达到稳定。可基于BP神经网络PID控制器仿真输出值依旧能够达到输出给定值,并持续稳定。
综上所述,BP神经网络PID控制系统优于常规PID控制系统主要在于:
首先,它达到稳定的过渡过程时间和上升时间短。BP神经网络PID控制系统达到稳定的过渡时和上升时间远远短于常规PID控制系统达到稳定的过渡过程时间和上升时间。这样有利于提高工作效率,节省用电量,保证水质达标。
**后,它的自适应能力强,不容易受到外界环境变化的干扰。常规PID控制系统在控制一个过程对象前,必须要整定PID参数,而且在实际中,由于系统参数等会不时的发生变化,这样常规PID控制系统很容易发生振荡,系统很难在较短的时间里达到**的控制效果。但是BP神经网络PID控制系统由于PID参数的在线整定,能够很快适应系统参数等发生的变化,从而可以较好的跟踪给定值。这些都表明BP神经网络PID控制可以应用到很多工程控制中,对很多现实生活中的控制系统都有很好的控制性能。
4.结论
虽然传统的PID控制具有结构简单、稳定性好、可靠性高等优点。但是由于传统的PID控制方法本身存在的问题:首先,传统的PID控制理论是建立在数学模型的基础上。被控对象若没有足够精度的数学模型。并且,传统的PID控制理论对非线性系统尚缺乏通用的分析和设计方法。还有,.尽管传统PID控制器具有一定的鲁棒性和适应性,但是对于强非线性、快速时变不确定性、强干扰等特性的对象,控制效果较差。这样就为基于神经网络PID控制创造了条件。因此,将PID控制和BP神经网络相结合的控制策略的研究倍受学者关注。比例、积分和微分神经元组成的PID神经网络具有快速学习能力和良好的性能;神经网络自整定PID控制参数可以在线整定和优化,具有较强的自适应能力和鲁棒性。能够应用到很多工程控制系统中。