忆阻器件/CMOS混合结构的智能PID控制器及应用研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61372139
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    76.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0111.信号理论与信号处理
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

With the rapid development of modern industry and increasingly high complexity of the control object, higher requirements have been put forword to the automatic control technology and the limitations of conventional PID controller emerge. This project utilizes the valuable research results of the electric technology and life science to explore a new generation of high-performance controller. In order to solve the difficult problem of the parameter adjustment in conventional controller, a robust and miniaturized memristive PID controller with nanometer memristive device/CMOS hybrid architecture is structured. Based on the perious work, two types of intelligent controllers are constructed: (1) The memristive single cell adaptive PID controller is designed fistly. Further, by taking advantage of the STDP learning rule and designing proper memristive synapse circuit, the memristive neural network adaptive PID controller is constructed. It possesses obvious advantages such as fast learning, correcting speed, small error and overshoot, which can enhance the control ability to deal with complex issues. (2) Aiming at the difficult to describe the control object with precise mathematical model, a memristive neuro-fuzzy intelligent PID controller is proposed. Where, the new neuro-fuzzy inference system is based on memristive crossbar array, which improves the integration and intelligent level of the controller. At last,two typical applications from industrial control, that is, servo motor control and temperature control are considered to verify the effectiveness of the proposed schemes. The research results of designed memristive controllers will provide significant theoretical and experiential supports for the development of novel intelligent PID controllers.
随着现代工业的飞速发展,控制对象复杂度不断增加,对自动控制技术提出了更高要求,传统PID控制器的局限性逐渐显现。本项目利用电子技术、生命科学的研究成果,研究新一代高性能控制器。设计忆阻器件/CMOS混合单元,构建鲁棒的、微型化的忆阻PID控制器,解决传统控制器的参数不易调节问题。在此基础上,构建两类智能控制器:(1) 研究单细胞自适应忆阻PID控制器,引入仿生智能STDP规则建立忆阻突触电路,构建具有学习修正速度快、误差小、超调量小等优势的忆阻神经网络自适应PID控制器,提升控制器处理复杂问题的能力。(2) 针对难以用精确数学模型描述的控制对象,建立忆阻模糊推理系统,结合交叉阵列,构建忆阻神经模糊智能PID控制器,提高集成度和智能化水平。最后,以电机伺服控制和温度控制为例,验证提出方案的有效性。本项目提出的控制器将为开发新型智能控制器提供重要的理论依据和实验支撑。

结项摘要

我们的工作主要按照原定计划进行,比较圆满地完成了预期的研究任务,超额实现了预期的研究目标。在项目执行期间,研究忆阻器的工作原理,分析忆阻器的基本特性,构建两类忆阻器件数学模型,结合现代CMOS工艺,设计具有鲁棒性和易于集成化的混合结构,完成M-PID控制器的设计。利用仿真软件对系统电气性能进行分析和功能测试,验证其稳定性、有效性及控制能力。分析仿真结果,并与传统PID控制器进行比较,验证了M-PID的优越性。设计单细胞自适应控制单元和忆阻器件突触转换器、基于STDP学习规则的忆阻器件突触电路。选择合适的网络结构,建立基于忆阻神经网络或神经形态系统的自适应PID控制器(NNM-PID),并进行电路设计和仿真。利用现代CMOS工艺技术,构建忆阻交叉阵列,通过对阵列的训练,将模糊规则及参数整定方法存储在阵列中。结合传统PID控制器,构建NFM-PID控制器,对整个系统进行仿真,并分析该系统的基本性能指标。以电机伺服控制验证智能I型(NNM-PID)—神经网络自适应忆阻PID控制器的有效性。以温度控制验证智能II型(NFM-PID) — 忆阻神经模糊PID控制器的有效性。将重要的研究成果和实验方案,在国内外知名期刊上发表学术论文86篇,其中SCI检索62篇,EI检索52篇,出版专著4部,申请专利30项,其中发明专利28项,已经获授权7项。

项目成果

期刊论文数量(68)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(7)
专利数量(27)
Simplified quantised kernel least mean square algorithm with fixed budget
固定预算的简化量化核最小均方算法
  • DOI:
    10.1049/el.2016.1799
  • 发表时间:
    2016-08
  • 期刊:
    Electronics Letters
  • 影响因子:
    1.1
  • 作者:
    Wang Shiyuan;Zheng Yunfei;Shukai Duan;Wang Lidan
  • 通讯作者:
    Wang Lidan
A novel electronic nose learning technique based on active learning: EQBC-RBFNN
一种基于主动学习的新型电子鼻学习技术:EQBC-RBFNN
  • DOI:
    10.1016/j.snb.2017.04.072
  • 发表时间:
    2017-10-01
  • 期刊:
    SENSORS AND ACTUATORS B-CHEMICAL
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Jiang, Xue;Jia, Pengfei;Yan, Jia
  • 通讯作者:
    Yan, Jia
一种改进的WOx 忆阻器模型及其突触特性分析
  • DOI:
    10.7498/aps.64.148501
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孟凡一;段书凯;王丽丹;胡小方;董哲康
  • 通讯作者:
    董哲康
Pavlov associative memory in a memristive neural network and its circuit implementation
忆阻神经网络中的巴甫洛夫联想记忆及其电路实现
  • DOI:
    10.1016/j.neucom.2015.05.078
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Neurocomputing
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Wang Lidan;Li Huifang;Duan Shukai;Huang Tingwen;Wang Huamin
  • 通讯作者:
    Wang Huamin
Synchronization of memristive delayed neural networks via hybrid impulsive control
通过混合脉冲控制同步忆阻延迟神经网络
  • DOI:
    10.1016/j.neucom.2017.06.028
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    NEUROCOMPUTING
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Huamin Wang;Shukai Duan;Tingwen Huang;Jie Tan
  • 通讯作者:
    Jie Tan

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其他文献

基于忆阻的自适应单神经元多变量解耦PID控制器
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    段书凯
忆阻器阻变随机存取存储器及其在信息存储中的应用
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Pinaki Mazumder
忆阻器交叉阵列及在图像处理中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    中国科学:信息科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡小方;段书凯;王丽丹;廖晓峰
  • 通讯作者:
    廖晓峰
忆容器的Simulink模型及其主要特性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    李传东
基于自适应九点算法的智能交通灯控制系统
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    10.13718/j.cnki.xsxb.2017.03.026
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    西南师范大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭秀珍;王丽丹;何真承;范玥;汪静;段书凯
  • 通讯作者:
    段书凯

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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