脈衝神經網路PID控制器

PID控制器可以用來控制各種變量，如汽車的輪速，空間的溫度等，控制器主要經由測量目標與偵測的誤差，並對其的比例(P)、積分(I)和微分(D)三項來獲得一個可以調整變量的輸出。

要製作這樣的控制器最主要的方式是透過數學運算來建構演算法，當然也可以使用人工神經網路進行更符合任務目標的控制，蘇黎世聯邦理工學院在2020年發布了一份文獻，他們使用了脈衝神經網路製作了一個PID控制器。

在這個控制器中，他們希望由IMU進行輸入，並經由Loihi進行運算，來調整只有一個自由度的無人機的角度，首先他們將IMU偵測到的輸入以及目標的數值經由Place code的方式輸入到神經元中，並經由Error matrix獲得誤差的數值(圖一)，接著他們以比例(P)為例，將Place code的資訊經過權重的轉化賦予神經元數值的意義，傳入到Rate code建構的神經元中，並結合PID三個模塊，一起輸入至A神經元進行統合，並重新轉換為Place code編碼，最後經過互相抑制的方式獲得最後的結果(圖二)。

(圖一)

(圖二)

從結果來看，雖然效果比起使用數學在CPU上進行的PID控制還要差一些，但在速度上並沒有遜色，且功耗要更低於在CPU上的PID控制器(圖三)(圖四)

(圖三)

(圖四)

撰文:唐朝洋

Reference:

Stagsted, Rasmus, et al. "Towards neuromorphic control: A spiking neural network based PID controller for UAV." RSS, 2020.