S型函数在BP-PID中的应用

简介：
本文探讨了S型函数在BP-PID控制系统中的应用，通过结合S型函数的独特特性优化PID控制参数，以实现系统响应速度与稳定性之间的平衡。 BP-PID的S型函数是一种神经网络控制策略的应用形式，它融合了BP（Backpropagation）神经网络与PID控制器技术。BP神经网络属于多层前馈类型，适用于非线性问题的解决及分类任务；而PID控制器则是工业自动化中的常用算法，用于优化系统的响应速度和稳定性。 在提供的代码中，“exp_pidf”函数模拟了一个环境，并包含“mdlInitializeSizes”，“mdlUpdates”，以及“mdlOutputs”等子程序。其中，“mdlInitializeSizes”的功能是初始化模型尺寸，定义连续状态、离散状态、输出及输入的数量与是否存在直接Feedthrough属性。“mdlUpdates”在每一个时间步中更新神经网络的状态；例如，在这里设置了0.001为时间步长，并计算了包含PID控制相关变量（如比例项、积分项和微分项）的向量x。而“mdlOutputs”的作用是输出系统的值，即BP神经网络的结果。 在具体实现过程中，“exp_pidf”首先定义S型函数相关的参数，包括sigmoid函数斜率`xite`与偏移`alfa`以及输入层、隐藏层和输出层节点的数量，并随机初始化了权重。通过sigmoid计算得到激活的隐藏层值Oh，接着利用这些值及权重来确定控制信号u_k。 PID控制器的功能体现在对K值更新的部分：dyu代表微分项，“delta3”则为比例-积分项与微分项之和。“dK”用于每个输出节点导数的计算；“delta2”与“d_wi”的定义分别是权重梯度及更新，最终通过调整wi（输入到隐藏层）以及wo（从隐藏层至输出层）实现了BP神经网络的学习过程。 综上所述，这种结合了自适应学习能力的BP神经网络和实时校正特性的PID控制器的方法能够实现对复杂动态系统的精确控制。在实际应用中，该方法有助于提高控制系统性能，在处理非线性、时变或不确定性系统方面尤其有效。