一种基于忆阻器的单神经元PID控制器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于忆阻器的单神经元PID控制器，包括：第一忆阻器M1、第二忆阻器M2、第三忆阻器M3以及求和电路；其中，所述第一忆阻器M1、所述第二忆阻器M2以及所述第三忆阻器M3的一端分别与所述求和电路输入端连接。该控制器结构简单，参数能自动调整，控制精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及人工神经元网络和控制
，具体涉及一种基于忆阻器的单神经元PID控制器。
技术介绍
单神经元PID控制器是一种用神经网络的方法来实现PID参数自整定的控制器，具有自学习和自适应的特点。对于复杂非线性系统，单神经元PID控制器的控制效果明显好于常规控制器，因此该控制器在工业控制中得到广泛应用。目前单神经元PID控制器主要采用软件实现，无法发挥神经网络并行处理的优势，软件的离散实现也从一定程度上降低了控制精度，无法满足实时控制的要求。另外，现有的一些单神经元PID控制器电路结构复杂，实现成本高，参数不易调整，不利于实际应用。
技术实现思路
本专利技术是为了克服上述现有技术中单神经元PID控制器电路结构复杂、参数不易调整等缺陷，提供一种基于忆阻器的单神经元PID控制器，该控制器结构简单，参数能自动调整。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种基于忆阻器的单神经元PID控制器，包括：第一忆阻器M1、第二忆阻器M2、第三忆阻器M3以及求和电路；其中，所述第一忆阻器M1、所述第二忆阻器M2以及所述第三忆阻器M3的一端分别与所述求和电路输入端连接。本方案进一步的，还包括信号转换模块，所述信号转换模块输出的误差比例信号x1、误差积分信号x2以及误差微分信号x3分别与所述第一忆阻器M1、所述第二忆阻器M2以及所述第三忆阻器M3的另一端连接。本方案进一步的，将所述第一忆阻器、所述第二忆阻器以及所述第三忆阻器分别等效于忆阻器等效电路，所述忆阻器等效电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3以及第一模拟乘法器A1；所述第一运算放大器U1的同相输入端分别与所述第一模拟法器A1的一个乘数输入端Y以及所述第三运算放大器U3的TZ端连接，所述第一运算放大器U1的输出端分别与所述电阻R1的一端及所述第一运算放大器U1的反相输入端连接；所述第二运算放大器U2的反相输入端分别与所述电阻R1的另一端及所述电容C1的一端连接，所述第二运算放大器U2的输出端分别与所述电容C1的另一端以及所述第一模拟乘法器A1的另一输入端X连接，所述第二运算放大器U2的同相输入端接地；所述第三运算放大器U3的反相输入端与所述电阻R3的一端连接，所述第三运算放大器U3的同相输入端接地；所述电阻R3的另一端分别与所述第一模拟乘法器的输出端及所述电阻R2的一端连接；其中，所述忆阻器等效电路等效于所述忆阻器的一端为所述电阻R2的另一端，及等效于所述忆阻器的另一端为所述第一运算放大器U1的同相输入端;以及所述第三运算放大器U3的型号为AD844。本方案进一步的，所述求和电路包括运算放大器U及反馈电阻R；所述运算放大器的反向输入端通过反馈电阻与所述运算放大器的输出端连接，所述运算放大器的同相输入端接地；其中所述求和电路的输入端为所述运算放大器的反向输入端。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术采用具有记忆特性的时变电阻—忆阻器作为PID增益自适应调节手段，使得电路结构简单，成本低，精度高，高智能化，控制器参数能够在线自动调整，响应速度快，具有较强的实用性；进一步的本专利技术可以控制机理复杂，具有高度非线性、时变性以及不确定性等特点的工业被控对象。附图说明图1为本专利技术基于忆阻器的单神经元PID控制器电路的结构图；图2为本专利技术忆阻器等效电路的结构图；图3为本专利技术忆阻器等效电路在正弦激励信号下的伏安特性曲线；图4为本专利技术基于忆阻器的单神经元PID控制器的实际电路图；图5（a）和图5（b）为本专利技术所述的一种基于忆阻器的单神经元PID控制器的实施例电路的仿真曲线；其中图5（a）是正弦信号跟踪曲线；图5（b）是跟踪误差曲线。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。本专利技术技术方案采用具有记忆特性的时变电阻—忆阻器作为PID增益自适应调节手段，提供了一种基于忆阻器的单神经元PID控制系统；如图1所示，该控制系统包括：信号转换模块1、单神经元PID控制器2、控制对象3、测量模块4和比较环节5；信号转换模块1连接单神经元PID控制器2，单神经元PID控制器2连接控制对象3，在通过测量模块4连接到比较环节5，最后连接信号转换模块1形成一个闭环回路；信号转换模块的输入信号为误差信号e，输出信号分别是误差比例信号x1、误差积分信号x2和误差微分信号x3；单神经元PID控制器2包括：第一忆阻器M1、第二忆阻器M2、第三忆阻器M3以及求和电路；求和电路包括反馈电阻R和运算放大器U；第一忆阻器M1的a1端与误差比例信号x1连接，b1端分别与反馈电阻R的一端和运算放大器U的反相输入端连接；第二忆阻器M2的a2端与误差积分信号x2连接，b2端分别与反馈电阻R的一端和运算放大器U的反相输入端连接；第三忆阻器M3的a3端与误差微分信号x3连接，b3端分别与反馈电阻R的一端和运算放大器U的反相输入端连接；反馈电阻R的另一端与运算放大器U的输出端连接；运算放大器U的同相输入端接地以及输出端连接控制对象。图1中单神经元PID控制器2的输入变量xi(t)分别为：x1(t)=e(t)x2(t)=∫e(t)dtx3(t)=de(t)dt---(1)]]>（1）式中e(t)＝r(t)-y(t)表示实际输出与期望值的误差；运算放大器U的输入输出关系为：x1W1+x2W2+x3W3=-uR---(2)]]>磁控式忆阻器的忆导与磁通的关系为因此有u=-R(x1α1∫x1dt+x2α2∫x2dt+x3α3∫x3dt)=-RΣi=13xiWi---(3)]]>式（3）中Wi是采用无监督Hebb规则进行调节的权值，从而单神经元PID控制器2的PID参数能够自适应调整，实现了单神经元PID控制器的功能。进一步如图2所示，因忆阻器现以电路模拟模型居多，因此引进忆阻器等效电路来进行实验验证本专利技术技术方案可以实现，忆阻器等效电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3以及第一模拟乘法器A1；第一运算放大器U1的同相输入端分别与第一模拟法器A1的一个乘数输入端Y以及所述第三运算放大器U3的TZ端连接，第一运算放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于忆阻器的单神经元PID控制器，其特征在于，包括：第一忆阻器M1、第二忆阻器M2、第三忆阻器M3以及求和电路；其中，所述第一忆阻器M1、所述第二忆阻器M2以及所述第三忆阻器M3的一端分别与所述求和电路输入端连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于忆阻器的单神经元PID控制器，其特征在于，包括：第一忆
阻器M1、第二忆阻器M2、第三忆阻器M3以及求和电路；
其中，所述第一忆阻器M1、所述第二忆阻器M2以及所述第三忆阻器M3的一端分别与所述求和电路输入端连接。
2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，还包括信号转换模块，
所述信号转换模块输出的误差比例信号x1、误差积分信号x2以及误差微分信
号x3分别与所述第一忆阻器M1、所述第二忆阻器M2以及所述第三忆阻器
M3的另一端连接。
3.根据权利要求1或2所述的控制器，其特征在于，将所述第一忆阻器、
所述第二忆阻器以及所述第三忆阻器分别等效于忆阻器等效电路，所述忆阻
器等效电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、第一运算放大器U1、
第二运算放大器U2、第三运算放大器U3以及第一模拟乘法器A1；
所述第一运算放大器U1的同相输入端分别与所述第一模拟法器A1的一
个乘数输入端Y以及所述第三运算放大器U3的TZ端连接，所述第一运算放大
器U1的输出端分别与所述电阻R1的一端及所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆益民，梁倩倩，黄险峰，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45