基於我們適應人類腦細胞的假設，壹個完整的單神經元PID控制器結構圖如下圖1所示:
單神經元PID控制器結構圖
3.2跟蹤微分器(TD)
跟蹤微分器是韓菁清提出的壹種提取微分信號的方法，具有良好的濾波性能，安排過渡過程，超前相位。跟蹤微分器最初是為了解決從不連續或有噪聲的測量信號中合理提取連續信號和微分的問題而提出的，後來逐漸發展成為便於計算的跟蹤微分器。
本文用TD來安排參數輸入的過渡過程，得到了平滑的輸入信號。在傳統的PID控制器中，其快速性和超調量之間的矛盾來自於給定輸入不經任何處理直接加到控制器上。跟蹤微分器能夠快速無超調地跟蹤輸入信號，從而避免輸入信號中外部擾動引起的控制量劇烈變化和輸出超調。
3.3帶跟蹤微分器和單神經元PID控制器的DC調速系統
帶跟蹤微分器和單神經元PID控制器的雙閉環DC調速系統結構圖如下:
帶跟蹤微分器和單神經元PID控制器的雙閉環DC調速系統結構圖
圖2帶跟蹤微分器和單神經元PID控制器的雙閉環DC調速系統結構圖。
雙閉環DC調速系統需要設計速度調節器和電流調節器。從圖中可以看出，系統的內環是電流環，外環是速度環。考慮到決定控制系統的根本因素是外環-速度環，而內環-電流環主要是改變被控對象的運行特性以方便外環控制，在雙閉環DC調速系統中，外環采用單神經元PID控制，內環仍采用傳統的PI控制來優化控制系統。
4模擬研究
DC調速系統的參數如下:220V，136A，
雙閉環DC調速系統的仿真模型
圖3雙閉環DC調速系統仿真模型
系統只有傳統的內擾動模擬曲線。
圖4中的系統只有傳統(1-傳統PID2-跟蹤微分器結合單神經元PID)
系統內部和外部擾動的仿真曲線
圖5有內外擾動的系統仿真曲線(1-傳統PID2-跟蹤微分器結合單神經元PID)
根據以上仿真結果，我們可以得到如下表所示的系統性能指標:多個值的計算方法:
系統的性能指標
表1系統性能指標
對以上數據的分析表明，在單神經元PID控制器和跟蹤微分器的控制下，DC速度控制系統不僅滿足速度要求，而且運行穩定，超調量和靜態誤差率為0。但是，采用傳統的PID控制，系統會振蕩，產生20%的超調，系統響應速度慢。可以看出，單神經元PID控制器和跟蹤微分器的設計不僅簡單方便，而且不依賴於被控對象的模型，跟蹤微分器結合單神經元PID控制的控制策略對於具有多種隨機擾動的雙閉環DC調速系統是可行的。
5結論
基於單神經元PID和跟蹤微分器的雙閉環DC調速系統的控制策略是壹個線性調節過程，在設計過程中不需要對被控對象進行建模。其結構簡單，計算量小，易於實現控制，在隨機擾動的情況下，系統仍能保持良好、快速、穩定的響應。與傳統的PID控制器相比，單神經元PID控制器本質上是壹種變系數的比例、積分、微分復合控制器，具有很強的自學習習慣、適應性和魯棒性。跟蹤微分器是壹種能很好地解決隨機擾動問題的控制器，對系統的抗幹擾有很好的效果。