PID神经元网络及其控制系统

PID神经元网络及其控制系统 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:国防工业出版社(图书发行部)(新时代出版社)
作者:舒怀林
出品人:
页数:159
译者:
出版时间:2006-2
价格:25.00元
装帧:平装
isbn号码:9787118043259
丛书系列:
图书标签:
  • PID控制
  • 神经元网络
  • 控制系统
  • 人工智能
  • 自适应控制
  • 优化算法
  • 智能控制
  • 非线性系统
  • 机器人控制
  • 过程控制
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具体描述

本书建立了一种新的人工神经元网络——PID神经元网络(PIDNN),研究了其在控制系统中的应用问题。全书共分10章。本书提出了比例、积分、微分(PID)神经元,指出了它们的生物背景;参照PID控制规律确定网络的连接形式和网络的连接权重初值,构成了单输出和多输出的PIDNN;研究了PIDNN的收敛性和稳定性,阐述了PIDNN在系统辨识和系统控制方面的性能;介绍了PIDNN实现的途径和编程方法,包括在VB、LABVIEW、MCGS纽态软件中的实现方法;给出了大量仿真和实际应用实例;最后是全书的结论和未来发展方向的展望。

本书可供从事智能控制与智能系统研究、设计和应用的科技人员参考,可供高等学校相关专业的高年级学生和研究生进行课题研究时参考。

PID神经元网络及其控制系统 内容简介 本书深入探讨了PID(比例-积分-微分)控制器理论,并在此基础上,详细阐述了如何将其与神经元网络(Neural Networks)相结合,构建出更强大、更智能的控制系统。本书旨在为读者提供一套系统而全面的PID神经元网络理论框架及应用实践指导。 第一部分:PID控制器基础与精进 在本书的第一部分,我们将从PID控制器的核心概念出发,逐步深入到其精细化设计与调优。 PID控制原理重温: 回顾PID控制器的基本工作原理,包括比例(P)、积分(I)和微分(D)三个环节的作用机制。解释它们如何通过对误差信号的当前值、历史累积值和变化趋势进行计算,最终输出控制信号,实现对被控对象状态的稳定。 经典PID控制器设计方法: 介绍几种经典的PID控制器参数整定方法,如Ziegler-Nichols(齐格勒-尼科尔斯)方法、临界比例度法、衰减振荡法等。分析这些方法的理论基础、适用范围及优缺点。 PID控制器进阶技术: 探讨PID控制在实际应用中遇到的挑战,并介绍相应的进阶技术。例如,死区处理、抗积分饱和、微分先行、滤波技术等,这些技术能够有效改善PID控制器的性能,提高系统的鲁棒性和稳定性。 PID控制器性能评估: 阐述如何对PID控制器的性能进行量化评估,包括响应速度、超调量、稳态误差、抗扰能力等关键指标。介绍常用的性能测试方法和仿真工具。 第二部分:神经元网络基础及其在控制中的潜力 本部分将为读者介绍神经元网络的基本理论,并揭示其在复杂系统控制中的巨大潜力。 神经元网络基本模型: 详细介绍人工神经元的基本结构和工作原理,包括输入、权重、激活函数和输出。解释前馈神经网络(Feedforward Neural Networks)和循环神经网络(Recurrent Neural Networks)等不同网络结构。 常用神经元网络算法: 深入讲解BP(Backpropagation)算法等核心训练算法,以及卷积神经网络(CNN)、循环神经网络(RNN)等在特征提取和序列处理方面的应用。 神经元网络的学习机制: 阐述神经元网络的学习过程,包括监督学习、无监督学习和强化学习。重点介绍梯度下降等优化算法在网络训练中的作用。 神经元网络在控制领域的应用前景: 探讨神经元网络在非线性系统辨识、复杂系统建模、自适应控制、故障诊断等控制领域展现出的巨大潜力。 第三部分:PID神经元网络的设计与实现 本书的核心内容在于如何巧妙地融合PID控制理论与神经元网络技术,构建出PID神经元网络控制系统。 PID神经元网络架构设计: 基于神经元网络的PID参数自整定: 提出一种利用神经元网络在线学习和预测PID控制器参数的方法。神经元网络可以根据被控对象的实时反馈信息,动态调整P、I、D参数,以应对系统性能的动态变化。 基于神经元网络的PID控制器替代: 探讨使用神经元网络直接学习和模拟PID控制器的输出。在这种架构下,神经元网络扮演的角色是直接生成控制信号,而非调整PID参数。 混合型PID神经元网络结构: 分析结合传统PID控制器和神经元网络的混合结构。例如,利用神经元网络进行非线性补偿,然后将补偿后的信号输入到PID控制器中,或者利用PID控制器提供基础控制,再由神经元网络进行微调。 PID神经元网络的训练方法: 离线训练与在线学习: 详细阐述PID神经元网络的离线训练过程,包括数据集的构建、模型训练和参数优化。同时,介绍在线学习的策略,使模型能够适应运行过程中的环境变化。 基于仿真数据的训练: 探讨如何利用被控对象的仿真模型生成大量的训练数据,加速和优化PID神经元网络的训练。 基于实际数据的训练: 讨论在实际系统中采集数据进行训练的挑战与方法,以及数据预处理和噪声处理的重要性。 PID神经元网络的实现技术: 硬件实现考虑: 讨论PID神经元网络在嵌入式系统、DSP(数字信号处理器)等硬件平台上的实现问题,包括计算资源、实时性要求等。 软件实现框架: 介绍常用的深度学习框架(如TensorFlow, PyTorch)在PID神经元网络开发中的应用,以及相关的算法库和工具。 第四部分:PID神经元网络在典型控制系统中的应用 本部分通过具体的应用案例,展示PID神经元网络在不同领域的控制效能。 机器人与自动化系统: 机器人关节运动控制: 应用PID神经元网络实现高精度、高鲁棒性的机器人关节运动控制,应对负载变化和外部干扰。 无人机姿态稳定控制: 探讨如何利用PID神经元网络提高无人机在复杂环境下的飞行姿态稳定性和机动性。 工业生产线自动化: 分析PID神经元网络在生产线上物料输送、装配、检测等环节的应用,提高生产效率和产品质量。 过程控制与能源系统: 化工反应釜温度控制: 应用PID神经元网络实现对化工反应釜温度的精确控制,保证反应安全和产品收率。 发电厂锅炉燃烧优化: 探讨PID神经元网络在锅炉燃烧效率优化中的作用,实现节能减排。 智能电网负荷调度: 分析PID神经元网络在电力系统负荷预测和调度中的应用,提高电网的稳定性和可靠性。 其他新兴应用领域: 智能交通系统: 探讨PID神经元网络在交通信号控制、车辆自适应巡航等方面的潜在应用。 生物医学工程: 简要介绍PID神经元网络在医疗设备控制(如呼吸机、输液泵)等方面的可能性。 第五部分:PID神经元网络的前沿研究与未来展望 本书的最后部分将对PID神经元网络领域的前沿研究方向进行梳理,并对未来的发展趋势进行展望。 先进的PID神经元网络模型: 介绍近年来涌现出的新型PID神经元网络结构和算法,例如基于注意力机制的PID神经元网络、图神经网络辅助的PID控制等。 可解释性与安全性: 讨论提高PID神经元网络模型的可解释性和安全性的研究进展,这对于关键应用领域尤为重要。 与其他智能控制技术的融合: 展望PID神经元网络与强化学习、模糊逻辑等其他智能控制技术深度融合的可能性,以构建更具通用性和适应性的控制系统。 工业界应用推广与挑战: 分析PID神经元网络在工业界规模化推广面临的挑战,以及相应的解决方案和未来发展机遇。 本书适合于控制理论研究者、自动化工程师、机器人开发者、人工智能爱好者等,也为高等院校相关专业的研究生提供了一本重要的参考资料。通过本书的学习,读者将能够深入理解PID神经元网络的理论精髓,并掌握将其应用于实际控制系统设计与优化的方法。

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这本著作在结构编排上体现了极高的匠心。它并非仅仅是一本技术手册,更像是一本系统工程的哲学思考录。我发现作者在处理一些前沿概念时,采取了一种“历史回顾与未来展望”相结合的叙事手法。比如,在回顾经典PID控制的局限性时,他用了大量篇幅来论述为什么我们需要转向更复杂的、基于模型的方法,但同时,他又毫不贬低PID的价值,而是展示了如何将现代控制的思路“降维”并嵌入到传统的结构中,实现效能的飞跃。这种平衡感非常难得。阅读过程中,我常常被一些巧妙的类比所吸引,它们帮助我瞬间把握住了某个复杂算法的核心思想。比如,作者将模型的在线辨识过程比喻成一个侦探在浓雾中搜集线索的过程,形象生动,让人过目不忘。这种文学性的融入,使得原本枯燥的理论学习过程变得充满趣味性和启发性。对于想要深入理解控制科学体系的人来说,这本书提供了绝佳的框架。

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这本书的装帧设计着实吸引人,那深邃的蓝色调配上烫金的书名,透着一股子专业又神秘的气息。初翻开扉页,那种纸张的触感就让人觉得作者在细节上颇下了功夫。内容方面,我尤其欣赏作者对基础理论的梳理,那种由浅入深、层层递进的讲解方式,仿佛一位循循善诱的导师在身边指导。比如,在介绍经典控制理论向现代控制理论过渡的那几个章节,作者没有简单罗列公式,而是通过富有启发性的实例,将抽象的数学模型与实际的工程问题紧密地结合起来。我记得有一次为一个复杂的机械臂做仿真,卡在了系统的辨识环节,翻看这本书时,作者关于状态空间模型建立的论述,特别是对非线性环节的处理,给了我一个全新的视角,让我豁然开朗。这种不仅告诉你“是什么”,更深入解释“为什么”和“怎么做”的叙事风格,对于工程实践者来说,简直是如获至宝。全书的逻辑脉络非常清晰,即使是涉及到高深的优化算法部分,作者也用非常直观的图示来辅助理解,极大地降低了学习曲线。

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我是一名资深的嵌入式系统工程师,在实际应用中,最头疼的就是如何高效地将理论算法移植到资源受限的硬件平台上。这本书在这方面的指导性极其强悍。它没有止步于算法的数学描述,而是花了不少篇幅详细讨论了数值计算的精度问题、实时性要求以及如何进行代码层面的优化。比如,关于定点运算和浮点运算在不同场景下的权衡分析,以及如何选择合适的迭代步长来避免数值溢出,这些都是教科书上很少会着墨的“陷阱”和“经验之谈”。作者似乎深谙一线工程师的痛点,提供的解决方案都是经过实战检验的“硬核”建议。其中关于多核并行处理控制任务的调度策略那几章,简直就是为我定制的参考资料,极大地帮助我优化了我们产品的响应速度和功耗比。这种“从理论到硅片”的无缝对接,是这本书价值的集中体现。

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这本书的阅读体验,用“酣畅淋漓”来形容或许有些夸张,但绝对是扎实而充实的。我尤其欣赏作者在每一个章节末尾设置的“思考与拓展”部分。这些提问往往不是简单的知识点回顾,而是直指当前研究热点或尚未解决的难题,引导读者主动进行批判性思考。例如,其中一个关于异构传感器数据融合的拓展问题,直接激发了我去查阅了最新的贝叶斯网络在时间序列分析中的应用文献。整本书的论述风格非常严谨,但绝不迂腐,它鼓励创新,同时又要求创新必须建立在对经典理论充分掌握的基础之上。它就像一个全景式的地图,不仅标明了我们已经到达的位置,还清晰地指出了前方可能的山脉、河流和未知的领域。读完之后,我感到自己的知识体系得到了极大的重构和升级,对未来复杂系统的设计充满了信心和清晰的方向感。

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说实话,拿到这本书的时候,我原本是抱着一种略带怀疑的态度——毕竟市场上关于算法与控制交叉领域的书籍汗牛充栋。但很快,我就发现我的顾虑是多余的。这本书最让我印象深刻的是其对“鲁棒性”和“自适应性”的探讨。作者没有停留在理想化的线性系统层面,而是大胆地将讨论拓展到了实际工况中常见的噪声、扰动和参数不确定性。他深入剖析了如何利用高级的滤波技术来净化观测数据,并巧妙地将这些处理后的信息融入到控制器设计中,以确保系统在恶劣环境下的稳定运行。我特别喜欢他引用的那几个关于航空姿态控制的案例,分析得极其透彻,数据拟合度和仿真结果都展现出了极高的可信度。这本书的文字风格是那种沉稳而有力的类型,每一个论断背后似乎都有坚实的数学依据和大量的实验数据支撑。读完这些章节,我感觉自己对“工程上的完美”有了更现实、也更深刻的理解:稳定压倒一切,而优雅的控制策略是建立在对不确定性的深刻洞察之上的。

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