憶阻器件/CMOS混合結構的智慧型PID控制器及套用研究

《憶阻器件/CMOS混合結構的智慧型PID控制器及套用研究》是依託西南大學，由段書凱擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：憶阻器件/CMOS混合結構的智慧型PID控制器及套用研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：段書凱
• 依託單位：西南大學

項目摘要

隨著現代工業的飛速發展，控制對象複雜度不斷增加，對自動控制技術提出了更高要求，傳統PID控制器的局限性逐漸顯現。本項目利用電子技術、生命科學的研究成果，研究新一代高性能控制器。設計憶阻器件/CMOS混合單元，構建魯棒的、微型化的憶阻PID控制器，解決傳統控制器的參數不易調節問題。在此基礎上，構建兩類智慧型控制器：(1) 研究單細胞自適應憶阻PID控制器，引入仿生智慧型STDP規則建立憶阻突觸電路，構建具有學習修正速度快、誤差小、超調量小等優勢的憶阻神經網路自適應PID控制器，提升控制器處理複雜問題的能力。(2) 針對難以用精確數學模型描述的控制對象，建立憶阻模糊推理系統，結合交叉陣列，構建憶阻神經模糊智慧型PID控制器，提高集成度和智慧型化水平。最後，以電機伺服控制和溫度控制為例，驗證提出方案的有效性。本項目提出的控制器將為開發新型智慧型控制器提供重要的理論依據和實驗支撐。

結題摘要

我們的工作主要按照原定計畫進行，比較圓滿地完成了預期的研究任務，超額實現了預期的研究目標。在項目執行期間，研究憶阻器的工作原理，分析憶阻器的基本特性，構建兩類憶阻器件數學模型，結合現代CMOS工藝，設計具有魯棒性和易於集成化的混合結構，完成M-PID控制器的設計。利用仿真軟體對系統電氣性能進行分析和功能測試，驗證其穩定性、有效性及控制能力。分析仿真結果，並與傳統PID控制器進行比較，驗證了M-PID的優越性。設計單細胞自適應控制單元和憶阻器件突觸轉換器、基於STDP學習規則的憶阻器件突觸電路。選擇合適的網路結構，建立基於憶阻神經網路或神經形態系統的自適應PID控制器(NNM-PID)，並進行電路設計和仿真。利用現代CMOS工藝技術，構建憶阻交叉陣列，通過對陣列的訓練，將模糊規則及參數整定方法存儲在陣列中。結合傳統PID控制器，構建NFM-PID控制器，對整個系統進行仿真，並分析該系統的基本性能指標。以電機伺服控制驗證智慧型I型（NNM-PID）—神經網路自適應憶阻PID控制器的有效性。以溫度控制驗證智慧型II型（NFM-PID） — 憶阻神經模糊PID控制器的有效性。將重要的研究成果和實驗方案，在國內外知名期刊上發表學術論文86篇，其中SCI檢索62篇，EI檢索52篇，出版專著4部，申請專利30項，其中發明專利28項，已經獲授權7項。