基于BP神经网络的PID控制系统设计
基于BP神经网络的PID控制器的设计
基于BP神经网络的PID控制器的研究与实现课程名称：人工神经网络目录前言 (2)一、BP神经网络 (3)二、模拟PID控制系统 (5)三、基于BP神经网络的PID控制器 (6)四、仿真程序 (10)五、运行结果 (17)六、总结 (18)参考文献 (19)前言人工神经网络是以一种简单神经元为节点，采用某种网络拓扑结构构成的活性网络，可以用来描述几乎任意的非线性系统。
不仅如此，人工神经网络还具有学习能力、记忆能力、计算能力以及各种智能处理能力，在不同程度和层次上模仿人脑神经系统的信息处理、存储和检索的功能。
不同领域的科学家，对人工神经网络有着不同的理解、不同的研究内容，并且采用不同的研究方法。
对于控制领域的研究工作者来说，人工神经网络的魅力在于：①能够充分逼近任意复杂的非线性关系，从而形成非线性动力学系统，以表示某种被控对象的模型或控制器模型；②能够学习和适应不确定性系统的动态特性；③所有定量或定性的信息都分布储存于网络内的各神经单元，从而具有很强的容错性和鲁棒性；④采用信息的分布式并行处理，可以进行快速大量运算。
对于长期困扰控制界的非线性系统和不确定性系统来说，人工神经网络无疑是一种解决问题的有效途径。
正因为如此，把人工神经网络引入传统的 PID 控制，将这两者结合，则可以在一定程度上解决传统 PID 调节器不易在线实时整定参数、难于对一些复杂过程和参数慢时变系统进行有效控制的不足。
一、BP神经网络BP神经网络是一种有隐含层的多层前馈网络，其结构如图1-1所示。
如果把具有M个输入节点和L个输出节点的BP神经网络看成是从M 维欧氏空间到L维欧氏空间的非线性映射，则对于具有一定非线性因数的工业过程被控对象，采用BP网络来描述，不失为一种好的选择。
在BP神经网络中的神经元多采用S型函数作为活化函数，利用其连续可导性，便于引入最小二乘学习算法，即在网络学习过程中，使网络的输出与期望输出的误差边向后传播边修正加权系数，以期使误差均方值最小。
基于BP神经网络的PID控制系统设计
基于BP神经网络的PID控制系统设计一、引言PID（Proportional-Integral-Derivative）控制器是一种常用的自动控制器，其通过测量系统的输出偏差，根据比例、积分和微分三个因素来控制系统的输出。
然而，传统的PID控制器难以适应复杂、非线性和时变的系统，对于这类系统的控制，神经网络已经被证明是一种有效的方法。
本文将介绍基于BP神经网络的PID控制系统设计。
二、BP神经网络简介BP神经网络（Backpropagation Neural Network）是一种常用的前向反馈型人工神经网络，其通过反向传播算法来训练网络参数，从而实现对输入数据的学习和预测。
BP神经网络拥有多层神经元，每个神经元都与下一层神经元相连，并通过权重和阈值来传递和处理输入信息。
三、PID控制器简介PID控制器由比例（Proportional）、积分（Integral）和微分（Derivative）三个部分组成，其控制输出的公式为：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∑e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，u(t)为控制器的输出，Kp、Ki、Kd为控制器的三个参数，e(t)为系统的输出偏差，∑e(t)dt为偏差的积分项，de(t)/dt为偏差的微分项。
1.数据采集和预处理：首先需要采集系统的输入和输出数据，并对其进行预处理，包括数据归一化和滤波处理等。
2.神经网络设计和训练：根据系统的输入和输出数据，设计BP神经网络的结构，并使用反向传播算法来训练网络参数。
在训练过程中，根据系统的输出偏差来调整比例、积分和微分三个参数。
3.PID控制器实现：根据训练得到的神经网络参数，实现PID控制器的功能。
在每个控制周期内，根据系统的输出偏差来计算PID控制器的输出，将其作为控制信号发送给被控制系统。
4.参数调优和性能评估：根据控制系统的实际情况，对PID控制器的参数进行调优，以提高系统的控制性能。
基于BP神经网络的PID控制器设计
基于BP神经网络的PID控制器设计PID控制器是一种常用的控制器，可以通过根据系统的误差、历史误差和误差的变化率来计算控制信号，从而实现对系统的控制。
传统的PID控制器可以通过调节PID参数来实现对系统动态特性的控制，但是参数调节过程往往需要经验和反复试验，而且很难实现对非线性系统的精确控制。
近年来，基于BP神经网络的PID控制器设计方法得到了广泛的关注。
BP神经网络是一种常用的人工神经网络模型，可以通过训练得到输入与输出之间的映射关系。
在PID控制器设计中，可以将误差、历史误差和误差的变化率作为BP神经网络的输入，将控制信号作为输出，通过训练神经网络来实现对控制信号的合理生成。
1.数据预处理：首先需要采集系统的输入输出数据，包括系统的误差、历史误差和误差的变化率以及相应的控制信号。
对这些数据进行归一化处理，以便神经网络能够更好地学习和训练。
2.网络结构设计：根据系统的特性和要求，设计BP神经网络的输入层、隐藏层和输出层的神经元数量。
通常情况下，隐藏层的神经元数量可以根据经验设置为输入层和输出层神经元数量的平均值。
3.训练网络：采用反向传播算法对神经网络进行训练，以获得输入和输出之间的映射关系。
在训练过程中，需要设置学习率和动量系数，并且根据训练误差的变化情况来确定训练的终止条件。
4.参数调整：将训练得到的神经网络与PID控制器相结合，根据神经网络的输出和系统的误差、历史误差和误差的变化率来计算控制信号，并通过对PID参数的调整来实现对系统的控制。
1.适应能力强：BP神经网络能够通过训练来学习系统的动态特性，从而实现对非线性系统的精确控制。
2.自适应性高：BP神经网络能够根据实时的系统状态来实时调整控制信号，从而实现对系统动态特性的自适应控制。
3.参数调节方便：通过BP神经网络的训练过程，可以直接得到系统的输入和输出之间的映射关系，从而减少了传统PID控制器中参数调节的工作量。
4.系统稳定性好：基于BP神经网络的PID控制器能够根据系统状态及时调整控制信号，从而提高了系统的稳定性和鲁棒性。
基于BP神经网络的自适应PID控制器设计
基于BP 神经网络的自适应PID 控制器设计一．基于BP 神经网络的自适应PID 控制器的原理PID 控制是最早发展起来的、 应用领域至今仍然广泛的控制策略之一，它是基于对象数学模型的方法，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。
其优点是算法简单、 鲁棒性好和可靠性高。
但是，由于实际工业生产过程往往具有非线性，许多非线性系统难以确定精确的数学模型，常规的PID 控制器就不能达到理想的控制效果，由于受到参数整定方法烦杂的困扰，参数往往整定不良、 性能欠佳。
神经网络所具有的任意非线性表达能力，可以通过对系统性能的学习来实现具有最佳组合的PID 控制。
基于BP 网络的自适应PID 控制器，通过BP 神经网络调整自身权系数，对PID 控制参数进行调节，以达到某种性能指标的最优。
二．基于BP 神经网络的自适应PID 控制器的控制器结构基于BP 神经网络的PID 控制系统结构图如图1所示：此控制器由两部分组成：（1）经典的PID 控制器，直接对被控对象进行闭环控制，并且三个参数p K ，i K ，d K 为在线调整方式；图1 BP 网络结构p ki kd ki（2）神经网路，根据系统的运行状态，调节PID 控制器的参数，以期达到某种性能指标的最优化，是输出层神经元的输出状态对应于PID 控制器的一个可调参数p K ，i K ，d K 。
通过神经网络的自学习、加权系数调整，使神经网络输出对应于某种最优控制率下的PID 控制器参数。
基于BP 神经网络的自适应PID 控制器的控制器如图2所示：该控制器的算法如下：（1）确定BP 神经网络的结构，即确定输入节点数M 和隐含层节点数Q ，并给各层加权系数的初值)0(1ij w 和)0(2ij w ，选定学习速率η和惯性系数α，此时k=1； （2）采样得到rin(k)和yout(k)，计算该时刻误差error(k)=rin(k)-yout(k)；（3）计算神经网络NN 各层神经元的输入、输出，NN 输出层的输出即为PID 控制器的三个可调参数p K ，i K ，d K ；（4）根据经典增量数字PID 的控制算法(见下式)计算PID 控制器的输出u(k)； ))2()1(2)(()())1()(()1()(-+--++--+-=k error k error k error K k error K k error k error K k u k u d i p （5）进行神经网络学习，在线调整加权系数)(1k w ij 和)(2k w ij 实现PID 控制参数的自适应调整；（6）置k=k+1，返回到（1）。
基于BP神经网络的PID控制系统设计
基于BP神经网络的PID控制系统设计一、引言PID控制系统是目前工业控制中广泛应用的一种基本控制方法，它通过测量控制系统的偏差来调节系统的输出，以实现对控制对象的稳定控制。
然而，传统的PID控制器需要事先对系统建模，并进行参数调整，工作效果受到控制对象模型的准确性和外部干扰的影响。
而BP神经网络具有非线性映射、自适应性强、鲁棒性好等优点，可以有效地克服传统PID控制器的缺点。
因此，基于BP神经网络的PID控制系统设计成为当前研究的热点之一二、基于BP神经网络的PID控制系统设计理论1.PID控制器设计原理PID控制器是由比例环节（Proportional）、积分环节（Integral）和微分环节（Derivative）组成的控制器，其输出信号可以表示为：u(t) = Kp*e(t) + Ki*∫e(t)dt + Kd*(de(t)/dt)，其中e(t)为控制系统的输入偏差，t为时间，Kp、Ki和Kd分别为比例系数、积分系数和微分系数。
2.BP神经网络理论BP神经网络是一种前馈型神经网络，通过反向传播算法对输入信号进行学习和训练，从而得到最优的网络结构和参数。
BP神经网络由输入层、隐层和输出层组成，其中每个神经元与上、下相邻层之间的神经元互相连接，并具有非线性的激活函数。
3.基于BP神经网络的PID控制系统设计理论基于BP神经网络的PID控制系统设计的核心思想是将BP神经网络作为PID控制器的自适应调节器，根据控制对象的输入信号和输出信号之间的误差进行训练和学习，通过调整BP神经网络的权重和阈值来实现PID 控制器的参数调节，从而提高控制系统的稳定性和鲁棒性。
三、基于BP神经网络的PID控制系统设计步骤1.系统建模首先，需要对待控制对象进行建模，获取其数学模型。
对于一些复杂的非线性系统，可以采用黑箱建模的方法，利用系统的输入和输出数据进行数据拟合，获取系统的数学模型。
2.BP神经网络训练将系统的数学模型作为BP神经网络的训练集，通过反向传播算法对BP神经网络进行训练，得到最优的网络结构和参数。
(完整word版)基于BP神经网络的自整定PID控制仿真
基于BP神经网络的自整定PID控制仿真一、实验目的1.熟悉神经网络的特征、结构及学习算法。
2.通过实验掌握神经网络自整定PID的工作原理。
3.了解神经网络的结构对控制效果的影响。
4. 掌握用Matlab实现神经网络控制系统仿真的方法。
二、实验设备及条件1.计算机系统2.Matlab仿真软件三、实验原理在工业控制中，PID控制是工业控制中最常用的方法。
这是因为PID控制器结构简单，实现简单，控制效果良好，已得到广泛应用。
但是，PID具有一定的局限性：被控制对象参数随时间变化时，控制器的参数难以自动调整以适应外界环境的变化。
为了使控制器具有较好的自适应性，实现控制器参数的自动调整，可以采用神经网络控制的方法。
利用神经网络的自学习这一特性，并结合传统的PID控制理论，构造神经网络PID控制器，实现控制器参数的自动调整。
基于BP神经网络的PID控制器结构如图4所示。
控制器由两部分组成：一是常规PID控制器，用以直接对对象进行闭环控制，且3个参数在线整定；二是神经网络NN，根据系统的运行状态，学习调整权系数，从而调整PID参数，达到某种性能指标的最优化。
图4中神经网络采用结构为4-5-3型的BP网络。
BP网络是一种单向传播的多层前向网络。
输入节点对应系统的运行状态量，如系统的偏差与偏差变化率，必要时要进行归一化处理。
输入变量的个数取决于被控系统的复杂程度，输出节点对应的是PID的3个可调参数。
由于输出不能为负，所以输出层活化函数取2()(1)()(1)1(1)a k y k y k u k y k -=+-+-非负的Sigmoid 函数，隐含层取正负对称的Sigmoid 函数。
本系统选取的BP 网络结构如图5所示。
网络的学习过程由正向和反向传播两部分组成。
如果输出层不能得到期望输出，那么转入反向传播过程，通过修改各层神经元的权值，使得误差信号最小。
输出层节点分别对应3个可调参数K p 、K i 、K d 。
1 基于BP神经网络的PID控制
1 基于BP神经网络的PID控制BP算法是在导师指导下，适合于多层神经元网络的一种学习，它是建立在梯度下降法的基础上的。
理论证明，含有一个隐含层的BP网络可以实现以任意精度近似任何连续非线性函数。
BP神经网络结构如图1所示，由三层(输人层、隐含层、输出层)网络组成，使输出层的神经元状态对应PID控制器的三个可调参数 Kp、Ki、Kd 。
通过神经网络的自学习、加权系数调整使神经网络输出对应于某种最优控制律下的PID控制器参数。
基于BP(Baekpropgation)网络的PID控制系统结构如图2所示，控制器由常规的PID 控制器和神经网络两部分组成，常规PID控制器直接对被控对象进行闭环控制，并且其控制参数为 Kp、Ki、Kd 在线调整方式；神经网络根据系统的运行状态，调节PID控制器的参数，以期达到某种性能指标的最优化，使输出层神经元的输出对应于PID控制器的三个可调参数 Kp、Ki、Kd 。
通过神经网络的自学习、加权系数的调整，使神经网络输出对应于某种最优控制规律下的PID控制器参数。
2 改进型BP神经网络基本BP神经网络主要存在以下两个缺陷：其一，传统BP网络是一个非线形优化问题，不可避免的存在局部极小问题。
网络的权值和阀值沿局部改善的方向不断修正，力图达到使误差函数最小化的全局解，但实际上常得到的是局部最优点；其二，学习过程中，误差函数下降慢，学习速度缓，易出现一个长时间的误差坦区，即出现平台。
目前已有不少人对此提出改进的方法。
如在修改权值中加入“动量项”，采用Catchy误差估计器代替传统的LMS误差估计器等。
本文在此探讨通过变换梯度来加快网络训练的收敛速度的共轭梯度算法,利用这种算法改善收敛速度与收敛性能。
改进共轭梯度算法在不增加算法复杂性的前提下可以提高收敛速度，并且可以沿共轭方向达到全局最优即全局极值点。
它要求在算法进行过程中采用线性搜索，本文采用Fletc her-Reeves线性搜索方法，以保证算法的收敛速度。
基于BP_神经网络的PID_控制算法参数优化
- 22 -高 新 技 术从本质上来看，PID 控制算法就是对比例、积分和比例微分间的关系进行控制的一种算法。
PID 控制调节器具有适应性强、鲁棒性良好的特征，因此被广泛应用于工业控制领域。
但是，随着科学技术、控制理论发展，在工业生产中被控对象逐渐向复杂化和抽象化的趋势发展，并呈现滞后性、时变性和非线性的特征，这使传统PID 控制器难以精准调控这种较复杂的控制系统。
为了解决该问题，研究人员将控制理论与其他先进的算法相结合，形成全新的控制理论，包括神经网络控制、遗传算法以及模糊控制等。
对神经网络算法来说，由于其具有较高的鲁棒性和容错性，因此适用于复杂的非线性控制系统中，并且具有广阔的应用前景和较大的发展潜力。
1 BP 神经网络结构及算法BP 神经网络将网络视为一个连续域，在这个网络中，输入层和输出层都是任意时刻、任意数目的样本值，网络输出层值与输入层值间也可以具有任意关系，这个学习过程就称为BP 神经网络学习过程。
作为一种被广泛应用的神经网络模型，BP 神经网络由输入层、输出层和隐含层组成：1） 输入层。
从第i 个输入向量中产生相应的输出值。
2） 输出层。
在输出值的作用下将其转换为输入数据。
3） 隐含层。
在输出值的作用下对数据进行隐含处理，将处理后的结果反馈给输入层，3个输入层构成1个BP 神经网络。
当输入数据在时间域内经过多次的误差传播时，最后被一个误差源作为输出信号，即经过输入单元和输出组的中间信息。
如果该误差源的误差小于输出单元和输出组中各单元间的误差，那么这些单元在计算输出时就会有很大的变化；如果超过了期望值，那么这一单元被认为是输入量存在误差（也就是输入信号存在误差），将不再使用该单元；如果仍然超过期望值，那么输出量又会存在误差[1]。
通过分析输入与输出量间的关系可以得出BP 网络中各个隐藏层上节点数与该输出量间的关系。
BP 神经网络的拓扑结构如图1所示。
为了对BP 神经网络进行运算和优化，该文设定了中间层的加权和结点临界，以便将全部采样的真实输出量与预期的输出量的偏差控制在一个很低的区间，并且通过调节这个区间来保证它的稳定性。
基于BP神经网络的PID控制器的设计
基于BP神经网络的PID控制器的设计简介：PID控制器是一种常用的控制方法，可以使控制系统快速、稳定地对目标进行调节。
然而，传统的PID控制器需要依赖经验的设置参数，很难适用于非线性复杂的系统。
为了改善这一问题，本文提出了一种基于BP神经网络的PID控制器的设计方法。
一、神经网络介绍BP神经网络是一种常用的人工神经网络，通过反向传播算法进行学习和适应。
它可以用来建模非线性关系、解决分类和回归问题等。
BP神经网络由输入层、隐藏层和输出层构成，通过调整权重和偏置项，使得网络的输出接近于期望输出。
二、PID控制器的基本原理PID控制器是由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成的，它们分别对应了系统的比例性能、整定性能和微分性能。
PID控制器的输出是由目标值与实际值之间的误差来决定的。
比例作用是根据误差的大小进行调节，积分作用是根据误差的积分值进行调节，微分作用是根据误差的变化率进行调节。
三、BP神经网络的PID控制器设计1.建立神经网络模型：确定输入层节点数、隐藏层节点数和输出层节点数。
2.确定权重和偏置项的初始值：可以使用随机数进行初始化。
3.设置训练样本集：训练样本集包括输入和输出的数据，可以根据实际情况进行设置。
4.确定学习率和训练次数：学习率决定了网络的更新速度，训练次数决定了网络的学习程度。
5.神经网络训练：使用BP算法对神经网络进行训练，通过反向传播算法调整权重和偏置项。
6.测试神经网络性能：使用测试数据对神经网络进行测试，评估其性能是否满足要求。
7.参数调整：根据测试结果对PID控制器的参数进行调整，使得神经网络对系统的控制更加精确。
四、实验结果分析通过对比传统的PID控制器和基于BP神经网络的PID控制器，可以发现基于BP神经网络的PID控制器具有更好的系统控制性能。
因为BP神经网络能够自适应地调整参数，适应非线性复杂系统的控制要求。
总结：基于BP神经网络的PID控制器是一种有效的控制方法，可以提高系统控制的精度和稳定性。
一个基于BP神经网络的PID温度控制系统的研究与实现的开题报告
一个基于BP神经网络的PID温度控制系统的研究与实现的开题报告一、研究背景智能控制技术在工业控制、环境监测及自动化控制等领域得到广泛应用。
PID控制器是最常用的控制算法之一，它能够控制系统达到稳态沿及追踪目标。
然而，PID控制器的参数调整是一个复杂的问题，而且容易受到外部干扰的影响。
BP神经网络具有良好的非线性拟合能力，能够适应不同的控制任务。
因此，将BP神经网络应用于PID控制器中，能够实现自适应控制，提高控制精度和稳定性。
本文旨在研究基于BP神经网络的PID温度控制系统，并探讨其在工业实际应用中的可行性和效果。
二、研究内容和方法本研究的主要内容为基于BP神经网络的PID温度控制系统的研究与实现。
具体研究内容包括：1.总体设计和控制策略的制定；2.BP神经网络模型的建立和优化方法的研究；3.基于MATLAB/Simulink的控制系统仿真；4.控制系统在实际工业环境中的应用验证和效果评估。
本研究将采用如下的方法：1.查阅文献，了解PID控制器和BP神经网络的基本理论和应用；2.设计并实现基于BP神经网络的PID温度控制系统，模拟及实验验证；3.对实验数据进行分析和比较，评估BP神经网络PID控制算法在温度控制中的效果和优越性；4.对控制策略和算法进行优化和改进。
三、研究意义和预期成果本研究旨在将BP神经网络技术应用于PID温度控制器中，提高控制系统的自适应性、精度和稳定性，同时提高控制效率和能耗利用率，减少企业的生产成本。
预期成果包括：1.具有自主知识产权的基于BP神经网络的PID温度控制系统；2.控制系统的稳定性和精度优于传统PID控制系统；3.工业实际应用研究，验证控制系统的可行性和有效性。
四、研究进展目前，已完成了相关文献的调研及阅读，并对基于BP神经网络的PID温度控制系统的总体设计和控制策略进行了初步准备。
接下来，将进行BP神经网络模型的建立和优化方法的研究，以及基于MATLAB/Simulink的控制系统仿真。
基于BP神经网络的PID控制器设计【范本模板】
早在20世纪初,人们就已经发现人脑的工作方式与现在的计算机是不同的.人脑是由极大量基本单元(称之为神经元）经过复杂的相互连接而成的一种高度复杂的、非线性的、并行处理的信息处理系统。人工神经网络，是借鉴人脑的结构和特点，通过大量简单处理单元(神经元或节点）互连组成的大规模并行分布式信息处理和非线性动力学系统。它具有巨量并行性、结构可变性、高度非线性、自学习性和自组织性等特点.因此，它能解决常规信息处理方法难以解决或无法解决的问题，尤其是那些属于思维(形象思维)、推理及意识方面的问题从人脑的生理结构出发来研究人的智能行为，模拟人脑信息处理的过程，即人工神经网络的研究,自20世纪40年代以来，它的发展经历了一条由兴起、萧条和兴盛三个阶段构成的曲折道路。早在1943年精神病学家和神经解剖学家McCulloch与数学家Pitts在数学生物物理学会刊（(Bulletin ofMathematical Biophysics))上发表文章,总结了生物神经元的一些基本生理特征，提出了形式神经元的数学描述与结构，即MP模型。他们的神经元模型假定遵循一种所谓“有或无"规则。如果如此简单的神经元数目足够多和适当设置突触连接并且同步操作,McCulloch和Pitts证明这样构成的网络原则上可以计算任何可计算函数。这是一个有重大意义的结果，有了它就标志着神经网络和人工智能学科的诞生。1958年，计算机科学家Rosenblatt提出感知机(Perceptron），首次把神经网络理论付诸工程实现。这是一种学习和自组织的心理学模型，它基本上符合神经生物学的知识,模型的学习环境是有噪声的，网络构造中存在随机连接,这是符合动物学习的自然环境。当时，人们对神经网络的研究过于乐观,认为只要将这种神经元互连成一个网络，就可以解决人脑思维的模型问题。但是，随之而来的Minsky和Papert(1969）所著的《Percepen》一书，利用数学证明单层感知器所能计算的根本局限，提出感知器的处理能力有限，甚至连XOR这样的问题也不能解决，并在多层感知器的总结章中，论述了单层感知器的所有局限性在多层感知器中是不可能被全部克服的。使人们降低了对神经网络研究的热情,从而使神经网络进入萧条时期[7］。但在其间，一些人工神经网络的先驱仍然致力于这一研究，美国波士顿大学的Crrossberg提出了自适应共谐振理论（ART网），芬兰的Kohonen提出了自组织映射（SOM)，Amari致力于神经网络数学理论的研究，这些都为神经网络的进一步研究与发展奠定了基础.1986年Remelhart和Mcllelland等人提出了并行分布处理的理论，同时,Werbos和Parker独立发展了多层网络的BP算法,这是目前最普遍的网络，广泛用于实际问题求解。如今，神经网络的应用,已渗透到模式识别、图像处理、非线性优化、语音处理、自然语言理解、自动目标识别、机器人、专家系统等各个领域，并取得了令人瞩目的成果。从众多应用研究领域取得的丰硕成果来看，人工神经网络的发展具有强大的生命力。当前存在的问题是智能水平还不高，许多应用方面的要求还不能得到很好的满足：网络分析与综合的一些理论性问题（如稳定性、收敛性的分析，网络的结构综合等)还未得到很好的解决.随着人们对大脑信息处理机理认知的深化，以及人工神经网络智能水平的提高，人工神经网络必将在科学技术领域发挥更大的作用。
毕业设计(论文)_基于BP神经网络的PID控制器设计
（2）汽车行业。汽车自动驾驶系统、保险行为分析。
（3）银行业。支票和其他文档阅览器贷款评估器。
（4）国防领域。武器操纵控制、目标跟踪、物体识别、各种新的传感器。
（5）电子领域。编码序列预测、集成电路芯片的设计、过程控制芯片、故障分析、机器视觉声音合成、非线性建模。
（6）娱乐领域。动画、特效设计、市场预测。
阶跃响应是指将一个阶跃输入加到系统上时，系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后，系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。稳是指系统的稳定性，一个系统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的；准是指控制系统的准确性、控制精度，通常用稳态误差来描述，它表示系统输出稳态值与期望值之差；快是指控制系统响应的快速性，通常用上升时间来定量描述。
在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。PID的控制规律为：
（2.1）
式中， —比例系数； —积分时间常数； —微分时间常数[4]。
比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。
基于BP神经网络的自适应PID控制器设计
基于BP神经网络的自适应PID控制器设计自适应PID控制器是一种基于BP神经网络的控制器设计方法，它结合了传统的PID控制器与神经网络的优势，可以适应系统参数变化、非线性和模型误差的情况。
本文将详细介绍基于BP神经网络的自适应PID控制器的设计原理和实现步骤。
1.简介PID控制器是一种经典的控制方法，通过计算误差的比例、积分和微分部分，调节输出控制量来实现对系统的控制。
然而，传统的PID控制器无法处理非线性和参数变化的系统，容易产生较大的误差。
而BP神经网络则具有非线性映射和自适应学习的能力，可以对非线性系统进行建模和控制。
2.BP神经网络的建模BP神经网络是一种前馈神经网络，具有输入层、隐含层和输出层。
输入层接收系统的输入量，输出层输出控制量，隐含层则通过一系列的神经元进行信息传递和处理。
BP神经网络通过训练集的样本进行学习，调整网络的权值和偏置，使得网络的输出与期望输出尽可能一致。
3.PID控制器的设计PID控制器由比例、积分和微分三个部分组成。
比例部分通过调节误差的大小来控制输出，积分部分可以控制持续的误差，微分部分则可以控制误差的变化率，提高系统的响应速度。
PID控制器的参数可以根据系统的特性进行调整。
4.自适应PID控制器的设计a.构建BP神经网络模型，通过训练集对模型进行学习，得到网络的权值和偏置。
b.使用PID控制器的比例、积分和微分部分计算出控制量，并将控制量作为输入量输入到BP神经网络中。
c.根据神经网络的输出，计算系统的输出，将其与期望输出进行比较，得到误差。
d.根据误差的大小，调整PID控制器的参数。
e.重复步骤b-d，直到系统达到期望输出。
5.应用实例自适应PID控制器可以应用于各种系统的控制中，如温度控制、位置控制等。
以温度控制为例，系统输入为温度传感器的读数，输出为控制器输出的控制量。
通过采集训练集数据和期望温度值，利用BP神经网络对系统进行建模和学习，然后根据PID控制器的参数计算出控制量，进而控制温度的变化。
基于BP神经网络的PID控制器设计
基于BP神经⽹络的PID控制器设计基于BP神经⽹络的PID控制器设计班级：21班学号：2014561姓名：常临妍摘要常规PID控制技术是⼯业控制中⼀种常⽤的控制⽅法。
其结构简单、容易实现、控制效果良好，且能对相当⼀些⼯业对象或过程进⾏有效的控制，已得到⼴泛应⽤。
但其局限性在于：当控制对象不同，或被控对象具有复杂的⾮线性特性时，难以建⽴精确的数学模型。
控制器的参数难以⾃动调整以适应外界环境的变化。
且由于对象和环境的不确定性，往往难以达到满意的控制效果。
为了使控制器具有较好的⾃适应性，实现控制器参数的⾃动调整，可以借助BP神经⽹络控制的⽅法。
BP神经⽹络已被证明具有逼近任意连续有界⾮线性函数的能⼒，给⾮线性控制带来了新的思路。
利⽤⼈⼯神经⽹络的⾃适应能⼒，并结合传统的PID控制理论，构造神经⽹络PID控制器，实现控制器参数的⾃动调整。
本⽂研究了基于BP神经⽹络的PID控制器设计，利⽤BP神经⽹络的⾃适应能⼒进⾏在线参数整定。
其实现具有⾃适应性等特点，⽹络的收敛速度快，能够对⾮线性对象有很好的控制，系统的跟踪性能好。
其参数设定⽆需知道被控对象的具体参数及其数学模型，对不同的对象具有适应性。
关键词：PID控制BP神经⽹络控制器设计⼀．绪论1.1神经元⽹络PID的发展历程1934年，美国⼼理学家W.McCulloch和数学家W.Pitts⽤数学模型对神经系统中的神经元进⾏理论建模，建⽴了MP神经元模型。
MP神经元模型⾸次⽤简单的数学模型模仿出⽣物神经元活动功能，并揭⽰了通过神经元的相互连接和简单的数学计算，可以进⾏相当复杂的逻辑运算这⼀事实。
1957年，美国计算机学家F.Rosenblatt提出了著名的感知器模型。
它是⼀个具有连续可调权值⽮量的MP神经⽹络模型，经过训练可达到对⼀定输⼊⽮量模型进⾏识别的⽬的。
1959年，美国⼯程师B.Widrow和M.Hoff提出了⾃适应线性元件。
它与感知器的主要不同之处在于其神经元有⼀个线性激活函数，这允许输出可以是任意值，⽽不仅仅只是像感知器中那样只能取0或1。
基于BP神经网络PID控制的无刷直流电动机调速系统设计
［ ３ 】罗骞 ， 夏靖 波， 智英 建等 ． 统计 Ｉ Ｐ网络 质量 的模 糊 评 估 方法 ［ Ｊ ］ ． 计算机科学 ，
２ ０ １ ０ ． ３ ７（ ０ ８ ） ： ７ ７ — ７ ９ ．
价值观、审美观 、背景和情感等主观 因素 的影 响较大 ，评分结果较为片面 。实际上 ，无 论采 用何种网络评估方法都必须映射到对应 的主观
利用神经 网络强 大的逼近能力
，
可 以通 过 学 习
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电子技术 ・ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
基于 Ｂ Ｐ神经 网络 Ｐ Ｉ Ｄ控制的无刷直流 电动机调速系统设计
文／ 王 寿 福
上世 纪八 十年 代 以后 ，随着 可控 硅、表
２调速 系统 组成 及原理
本文 主要 通过双 闭环 调速 系统 对所 提方
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［ ４ ］赵 华琼 ，唐 学 文 ．基 于模 糊 层 次 分析 法
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基于BP算法的神经网络PID控制器设计及仿真
se s s G 5.01101)(−+=()(1)[(1)]()[()2(1)(2)]/p I D Iu k u k K e k K e k K e k e k e k T T =−+−++−−+−神经网络PID 控制器的设计及仿真一、传统PID 控制数字PID 控制算法分位置式和增量式两种，工程上常用的增量式PID 控制算法，其控制算式为：式中，pK 为比例系数，I K =p K /T T为积分系数，/D D K T T =为微分系数，T 为采样周期，IT 为积分时间，DT 为微分时间，()e k 为t kT =时刻的误差。
上述PID 控制算法易于用微机软件实现，PID 控制系统框图如图示。
现有一被控对象为：根据“稳定边界法”即临界比例度法，来整定调节器的参数，带入“稳定边界法整定参数计算表”得到，当采取P 调节时，KP=16，；当采取PI 调节时，KP=14.545，i T =1.7；当采取PID 调节时，KP=18.824，i T =1，d T =0.25。
通过Simulink 进行如下图所示的仿真：仿真结果如下图所示：二、基于BP算法的PID控制基于BP神经网络的PID控制系统结构如下图所示，控制器由两个部分组成：①经典的PID控制器：直接对被控对象进行闭环控制，并且KP,KI,KD三个参数为在线P,I,D整定；②神经网络NN：根据系统的运行状态，调节PID控制器的参数，以期达到某种性能指标的最优化。
即使神经网络的输出层神经元的输出状态对应于PID控制器的三个可调参数KP,KI,KD，通过神经网络的自学习、调整权系数，从而使其稳定P,I,D状态对应于某种最优控制规律下的PID控制器参数。
在这里设计的BP网络采用结构简单的三层BP神经网络，其结构如下图所示，有m个输入节点、Q个隐含层节点、3个输出节点。
输入节点对应所选的系统运行状态量，如系统不同时刻的输入量和输出量等，必要时要进行归一化K K K。
基于bp神经网络pid控制的直流电动机调速系统设计
基于BP神经网络PID控制的直流电动机调速系统设计摘要：本文在阐述了神经网络的发展、现状、基本原理及其在自动控制中的应用的基础上，主要研究BP神经网络在PID控制中的应用。
将BP神经网络运用于PID控制中，能够有效克服经典PID控制器在被控对象具有非线性、时变不确定性和难以建立精确的数学模型时出现的参数整定不良和性能欠缺等缺陷。
本文设计了一种自适应PID控制器，采用改进共轭梯度算法对PID控制器参数进行在线整定。
利用此控制器对无刷直流电机进行控制，仿真结果表明：应用神经网络对常规PID控制器进行改造后提高了系统的鲁棒性和动态性能。
关键词：无刷直流电机；BP神经网络；PID控制器第一章绪论控制理论的发展和面临的挑战随着社会的发展，人们从解决重大工程和技术问题的实践中逐渐总结出了有关控制的相关理论。
和其他学科一样，控制理论学科的发展水平受到人类技术手段和知识水平的限制。
传统的经典控制理论和现代控制理论研究的是线性时不变系统的控制问题，然而在自然界和现实生活中的系统绝大多数都是非线性的，仅凭单一的分析线性系统的理论来分析非线性系统远不能满足人们对控制系统的研究中涉及到非线性、鲁棒性以及具有柔性结构的系统和离散事件动态系统的要求。
因此，在经历了经典控制理论、现代控制理论两个发展阶段后，人工智能的发展促使自动控制向智能控制发展。
智能控制系统是在控制论、信息论、人工智能、仿生学、神经生理学及计算机科学发展的基础上逐步形成的一类高级信息与控制系统，强调的是系统对问题能够求解、能够适应环境和任务的变化而且还要具有一定的决策能力，从而做出相应的、准确的、及时的控制操作。
智能控制有各种形式和各种不同的应用领域，其中神经网络控制系统是这些年来研究很多也是发展很快的一个领域。
因为神经网络的非线性映射能力、自学习适应能力、联想记忆能力、并行信息处理方式及其优良的容错性能的特点，这些特点使得神经网络非常适合于复杂系统的建模和控制。
基于BP神经网络的PID控制器的设计资料
基于BP神经网络的PID控制器的研究与实现课程名称：人工神经网络目录前言 (3)一、BP神经网络 (4)二、模拟PID控制系统 (5)三、基于BP神经网络的PID控制器 (6)四、仿真程序 (10)五、运行结果 (17)六、总结 (18)参考文献 (19)前言人工神经网络是以一种简单神经元为节点，采用某种网络拓扑结构构成的活性网络，可以用来描述几乎任意的非线性系统。
不仅如此，人工神经网络还具有学习能力、记忆能力、计算能力以及各种智能处理能力，在不同程度和层次上模仿人脑神经系统的信息处理、存储和检索的功能。
不同领域的科学家，对人工神经网络有着不同的理解、不同的研究内容，并且采用不同的研究方法。
对于控制领域的研究工作者来说，人工神经网络的魅力在于：①能够充分逼近任意复杂的非线性关系，从而形成非线性动力学系统，以表示某种被控对象的模型或控制器模型；②能够学习和适应不确定性系统的动态特性；③所有定量或定性的信息都分布储存于网络内的各神经单元，从而具有很强的容错性和鲁棒性；④采用信息的分布式并行处理，可以进行快速大量运算。
对于长期困扰控制界的非线性系统和不确定性系统来说，人工神经网络无疑是一种解决问题的有效途径。
正因为如此，把人工神经网络引入传统的PID 控制，将这两者结合，则可以在一定程度上解决传统PID 调节器不易在线实时整定参数、难于对一些复杂过程和参数慢时变系统进行有效控制的不足。
一、BP神经网络BP神经网络是一种有隐含层的多层前馈网络，其结构如图1-1所示。
如果把具有M个输入节点和L个输出节点的BP神经网络看成是从M维欧氏空间到L维欧氏空间的非线性映射，则对于具有一定非线性因数的工业过程被控对象，采用BP网络来描述，不失为一种好的选择。
在BP神经网络中的神经元多采用S型函数作为活化函数，利用其连续可导性，便于引入最小二乘学习算法，即在网络学习过程中，使网络的输出与期望输出的误差边向后传播边修正加权系数，以期使误差均方值最小。
基于BP神经网络的PID控制系统设计
基于BP神经网络的PID控制系统设计摘要本文主要研究一个基于神经网络的自适应PID控制系统的设计方法，利用BP神经网络对被控对象进行在线辨识和控制。
基于BP神经网络学习算法设计出两个神经网络模型：一个利用神经网络（NNM）对非线性映射的逼近能力，对被控对象进行辨识，另一个构成具有PID结构的控制器（NNC）。
通过神经网络NNM的在线学习和修正，产生对被控对象输出的预测作用，然后由网络NNC实施控制作用，从而实现对辨识对象的PID控制。
在利用神经网络对系统进行辨识时，选用白噪声信号作为系统的输入信号，以提高系统的辨识精度；另外，为了得到神经网络控制器的初始化权值，本文在自整定过程中采用常规PID控制器整定方法之一的稳定边界法。
在设计过程中运用MATLAB语言工具箱进行编程，并通过SIMULINK动态仿真工具对一阶非线性对象进行了仿真。
仿真结果表明了利用神经网络对系统进行辨识的有效性，并用经辨识所得到的输出值取代系统的实际输出值，利用神经网络NNC对系统进行控制，获得了满意的控制效果。
关键词：神经网络，BP学习算法，自适应，参数优化，辨识1 综述PID调节器从问世至今已历经了半个多世纪，在这几十年中，人们为它的发展和推广做出了巨大的努力，使之成为工业过程控制中主要的和可靠的技术工具。
近几十年来，现代控制理论迅速发展，出现了许多先进的控制算法，但到目前为止，即使在微处理技术迅速发展的今天，过程控制中大部分控制规律都未能离开PID，这充分说明PID控制仍具有很强的生命力。
过程工业控制中实际应用最多的仍是常规的PID控制算法，这是因为PID控制具有结构简单、容易实现、控制效果好和鲁棒性强等特点，且PID算法原理简明，参数物理意义明确，理论分析体系完整，为广大控制工程师所熟悉。
但在生产现场往往由于参数整定不好而使PID控制器控制效果欠佳，整定的好坏不但会影响到控制质量，而且还会影响到控制器的性能。
PID控制中一个至关重要的问题，就是控制器三参数(比例系数、积分时间、微分时间)的整定。
基于BP神经网络的PID控制器设计
基于BP神经网络的PID控制器设计1.引言在工业控制系统中，PID（比例、积分、微分）控制器被广泛应用于各种自动控制任务。
然而，传统的PID控制器在处理非线性、时变以及多输入多输出（MIMO）系统时存在一些固有的局限性。
为了克服这些问题，本文提出了基于BP神经网络的PID控制器设计方法。
2.BP神经网络BP神经网络是一种前向反馈的人工神经网络，具有强大的非线性建模能力和自适应性能。
它由输入层、隐藏层和输出层组成，每个神经元与前一层的所有神经元和后一层的所有神经元连接。
BP神经网络通过反向传播算法来训练权重和偏置，实现输入与输出之间的映射关系。
3.PID控制器PID控制器由比例项、积分项和微分项组成，具有良好的稳定性和抗干扰能力。
比例项根据控制误差与参考值的比例进行调整，积分项根据控制误差与时间的积分进行调整，微分项根据控制误差的变化率进行调整。
4.BP神经网络与PID控制器结合将BP神经网络与PID控制器相结合，可以克服传统PID控制器在处理非线性、时变和MIMO系统时的局限性。
具体而言，可以使用BP神经网络来精确建模控制对象的非线性行为，并将其应用于PID控制器中，实现自适应调节。
在实际应用中，可以按照以下步骤进行基于BP神经网络的PID控制器设计：（1）收集系统输入输出数据，并进行预处理，例如归一化处理。
（2）使用BP神经网络对控制对象进行建模。
选择适当的网络结构、激活函数和误差函数，并使用反向传播算法进行网络训练。
（3）设计PID控制器，确定比例项、积分项和微分项的权重。
（4）将BP神经网络的输出作为PID控制器的输入，进行控制操作。
根据控制误差和调节参数，调整PID控制器的输出。
（5）反复迭代并调整BP神经网络和PID控制器的参数，使系统能够快速、准确地响应控制需求。
5.实验验证为了验证基于BP神经网络的PID控制器的有效性，可以选择一个具有非线性、时变特性的控制对象进行实验。
在实验中，可以使用MATLAB或其他神经网络工具箱来实现BP神经网络，并结合传统PID控制器进行控制。
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基于BP神经网络的PID控制系统设计摘要本文主要研究一个基于神经网络的自适应PID控制系统的设计方法，利用BP神经网络对被控对象进行在线辨识和控制。
基于BP神经网络学习算法设计出两个神经网络模型：一个利用神经网络（NNM）对非线性映射的逼近能力，对被控对象进行辨识，另一个构成具有PID结构的控制器（NNC）。
通过神经网络NNM的在线学习和修正，产生对被控对象输出的预测作用，然后由网络NNC实施控制作用，从而实现对辨识对象的PID控制。
在利用神经网络对系统进行辨识时，选用白噪声信号作为系统的输入信号，以提高系统的辨识精度；另外，为了得到神经网络控制器的初始化权值，本文在自整定过程中采用常规PID控制器整定方法之一的稳定边界法。
在设计过程中运用MATLAB语言工具箱进行编程，并通过SIMULINK动态仿真工具对一阶非线性对象进行了仿真。
仿真结果表明了利用神经网络对系统进行辨识的有效性，并用经辨识所得到的输出值取代系统的实际输出值，利用神经网络NNC对系统进行控制，获得了满意的控制效果。
关键词：神经网络，BP学习算法，自适应，参数优化，辨识1 综述PID调节器从问世至今已历经了半个多世纪，在这几十年中，人们为它的发展和推广做出了巨大的努力，使之成为工业过程控制中主要的和可靠的技术工具。
近几十年来，现代控制理论迅速发展，出现了许多先进的控制算法，但到目前为止，即使在微处理技术迅速发展的今天，过程控制中大部分控制规律都未能离开PID，这充分说明PID控制仍具有很强的生命力。
过程工业控制中实际应用最多的仍是常规的PID控制算法，这是因为PID控制具有结构简单、容易实现、控制效果好和鲁棒性强等特点，且PID算法原理简明，参数物理意义明确，理论分析体系完整，为广大控制工程师所熟悉。
但在生产现场往往由于参数整定不好而使PID控制器控制效果欠佳，整定的好坏不但会影响到控制质量，而且还会影响到控制器的性能。
PID控制中一个至关重要的问题，就是控制器三参数(比例系数、积分时间、微分时间)的整定。
在工业控制中，传统的PID控制至今仍处于主导地位，尤其适用于能建立数学模型的确定性控制系统，然而大量的工业过程往往具有非线性、时变不确定性等因素，难以建立其精确的数学模型，而且，在实际生产现场，由于条件常常受到限制，比如缺乏有关仪器、不允许附加扰动和调试时间短等，因此，PID参数的整定往往难以达到最优状态。
并且即使针对某一工作点获得了PID控制的最优参数，由于工业过程对象一般具有时变性，仍存在整个工作范围和保持长期工作最优的问题。
PID控制是工业控制中最常用的方法，但用其对具有复杂非线性特性的对象或过程进行控制难以达到满意的效果。
针对上述问题，已提出过多种自适应PID控制方法，但由于自适应控制是在被控对象为线性对象的前提下进行研究的，面对工业过程的非线性对象，仍存在不尽人意之处。
由于神经网络可在一定条件下逼近非线性，人们自然地将神经网络的方法与PID 控制的结构相结合，产生了基于神经网络的PID控制方法。
人工神经网络(Artificial Neural Network—ANN)是近十几年来迅速地发展起来的一门新兴交叉学科[1]。
所谓“人工神经网络”实际上是以一种简单计算—处理单元（即神经元）为节点，采用某种网络拓扑结构构成的活性网络，可以用来描述几乎任意的非线性系统；不仅如此，ANN还具有学习能力、记忆能力、计算能力以及各种智能处理能力，在不同程度和层次上模仿人脑神经系统的信息处理、存储和检索的功能。
神经网络具有许多优异的性能，它的可塑性、自适应性和自组织性使它具有很强的学习能力；它的并行处理机制使它求解问题的时间很短，具有满足实时性要求的潜力；它的分布存储方式使它的鲁棒性和容错性都相当好。
不同领域的科学家，对ANN有着不同的理解、不同的研究内容，并且采用不同的研究方法。
对于控制领域的研究工作者来说，ANN 的魅力在于：1、能够充分逼近任意复杂的非线性关系，从而形成非线性动力学系统，以表示某些被控对象的模型或控制器模型；2、能够学习和适应不确定性系统的动态特性；3、所有定量或定性的信息都分布存储于网络内的各神经单元，从而具有很强的容错性和鲁棒性；4、采用信息的分布式并行处理,可以进行快速大量计算。
神经网络能够充分逼近任意复杂的非线性关系，具有高度的自适应和自组织性，能够学习和适应严重不确定性系统的动态特性，在解决高度非线性和严重不确定系统的控制方面具有巨大的潜力。
正因为如此，近年来在控制理论的所有分支几乎都能看到ANN的引入及应用，对于传统的PID控制当然也不例外，以各种方式应用于PID控制的新算法大量涌现，其中有一些取得了明显的效果。
系统建模与辨识是进行控制系统设计的基本前提[2]，传统的系统建模方法是在理论分析的基础上，建立对象的机理模型，而对复杂系统，要得到这样的模型是非常困难的。
因此，人们常依靠实验的方法，从实验观测数据中建立能够反映系统输入—输出关系的模型，用这种方法得到的模型，其参数可能不具有明确的物理意义，然而这并不影响利用该模型进行控制系统的设计。
系统辨识实际上是一个最优化问题，优化准则的选择依赖于辨识的目的与辨识算法的复杂性等因素，传统辨识算法的基本原理就是通过建立系统的依赖于参数的模型，把辨识问题转化为对模型参数的估计问题，这类算法能较为成功地应用于线性系统或本质线性系统，但是对于本质非线性，上述辨识算法已难以付诸应用。
由于神经网络在逼近任意非线性连续函数方面具有巨大的优越性，考虑将神经网络作为一种崭新的非线性模型引入复杂系统的辨识中，利用神经网络所具有的对任意非线性映射的任意逼近能力，来模拟实际系统的输入—输出关系；而利用神经网络的自学习、自适应能力，可以方便地给出工程上易于实现的学习算法，经过训练得到动态系统的模型。
神经网络辨识不受非线性模型的限制，它依据被控系统的输入输出数据对，通过学习得到一个描述系统输入与输出关系的非线性映射，给定一个输入，即可得到一个输出，而不需要确切地知道输入与输出之间存在着怎样的数学关系。
神经网络用于系统辨识的一个优点就是不需要预先建立实际系统的辨识格式，它对系统的辨识过程就是直接学习系统的输入输出数据的过程。
神经网络学习的目的是使所要求的误差准则函数达到最小，从而归纳出隐含在系统输入输出数据中的映射关系，这个关系就是描述系统动态或静态特性的算子)(⋅f隐含在神经网络f。
当学习完成后，)(⋅内部，其表现形式如何，对外界而言是不可知的，这一点与神经网络辨识的目的是一致的。
因为所关心的并不是神经网络以什么样的形式去逼近实际系统，而只要神经网络的输出能够逼近系统在同样输入信号激励下的输出，则认为神经网络已充分描述了实际系统的特性并完成了对原系统的辨识。
神经网络具有的自学习、自组织功能和联想记忆、并行处理等优点，使其在复杂的工业控制中得到了广泛应用[3，4]，对于长期困扰控制界的非线性系统和不确定性系统来说，ANN无疑是一种解决问题的有效途径。
神经网络控制是智能控制的重要方法之一，是为了处理实际系统中的不确定性、不精确性等引起的用传统控制方法难以解决的问题。
神经网络PID控制不仅包含有常规PID的控制思想，而且具有神经网络的非线性映射能力、学习能力和自适应性，使之成为不依赖模型的控制方式[5]，随着控制系统的日益复杂，基于神经网络的智能PID控制算法日益受到关注。
神经网络技术和PID控制器的结合，实际上属于智能PID控制器的一类，可以通过对系统性能的学习来实现具有最佳组合的PID控制，其基本思想主要是利用神经网络的自学习功能和非线性函数的表示能力，遵从一定的最优指标，在线智能式地调整PID控制器的参数，使之适应被控对象参数以及结构的变化和输入参考信号的变化，并抵御外来扰动的影响。
由于神经网络形式的多样性，应用于PID控制器的形式也就千变万化，目前应用较多的神经网络是基于BP算法的多层前馈神经网络，这种网络反映的是系统静态的输入、输出映射关系。
近年来，采用BP神经网络的控制方法已日益引起人们的重视，由于BP 网络可以表示任意非线性函数[6]，并具有自适应学习、并行分布处理和有较强的鲁棒性及容错性等特点，因此适用于对复杂非线性系统进行建模和控制。
BP网络即误差反向传播(Back Propagation—BP)神经网络，是一种有隐含层的多层前馈网络，当参数适当时，此网络能够收敛到较小的均方差，是目前被广泛应用的网络之一。
BP神经网络所用反向传播训练算法是一种迭代梯度算法，用于求解前馈网络的实际输出与期望输出间的最小均方差值，在BP神经网络中的神经元多采用S型函数作为活化函数，在网络学习过程中，使网络的输出与期望输出的误差边向后传播边修正连接强度（加权系数），以期使其误差均方值最小。
基于BP神经网络的PID控制器根据系统的运行状态，调节PID控制器的参数，以期达到某种性能指标的最优化。
BP神经网络具有逼近任意非线性函数的能力，而且结构和学习算法简单明确，通过神经网络自身的学习，可以找到某一最优控制律下的P 、I 、D 参数，即使输出层神经元的状态对应于PID 控制器的三个可调参数P K 、I K 、D K ，通过神经网络的自身学习、加权系数调整，从而使其稳定状态对应于某种最优控制律下的PID 控制器参数。
PID 控制要取得好的控制效果，就必须通过调整好比例、积分和微分三种控制作用，形成控制量间相互配合又相互制约的关系，这种关系不一定是简单的“线性组合”，从变化无穷的非线性组合中可以找出最佳的关系[7]。
神经网络所具有的任意非线性表达能力，可以通过对系统性能的学习来实现具有最佳组合的PID 控制，采用BP 网络，通过调整自身加权系数，可以建立参数P K 、I K 、D K 自学习的PID 控制器。
将神经网络用于控制器的设计或直接学习计算控制器的输出（控制量），一般都要用到系统的预测输出值或其变化量来计算加权系数的修正量，但实际上，系统的预测输出值是不易直接测得的，采用BP 网络对系统进行辨识，建立被控对象的预测数学模型，用该模型所计算的预测输出来取代预测输出的实测值，以提高控制效果。
设计过程中参考了文献[8]中自适应控制实现的有关思想，在此基础上进行了部分变化。
本设计的主要设计任务是设计一个自适应神经网络PID 控制系统，通过辨识系统来辨识被控对象，由被控对象参数来设计神经网络PID 控制器，从而控制系统的输出，在辨识系统和PID 控制器中灵活运用了BP 神经网络。
采用BP 学习算法，对神经网络PID 控制器中的权值进行修正，即得到满意的P K 、I K 、D K ，从而使得输入信号经过被控对象后，能使整个闭环系统具有良好的性能指标，实现有效的控制目的。