小波分析在PID参数自整定中的应用
摘要
小波分析是一种新兴的数学分析方法。本文利用小波分析着重对二阶系统进行了仿真研究和分析，得出了一些结论和结果。并在此基础上提出了PID参数自整定的新方案。本文对这些方案进行了仿真和在实际系统上的研究。本文设计了用于进行实验的电炉温控系统。硬件系统是以用研华的工控机和数据采集板为基础实现数据的采集和输出；软件是以研华的组态软件GENIE和MATLAB为中心，GENIE负责人机界面和控制程序的实现，MATLAB负责小波分析的数据处理；两者利用动态数据交换(DDE)联成一个完整的系统。
Wavelet analysis is a rising mathematical analysis method. This paper mainly concentrates on investigating the two-order system with Wavelet analysis. After the studies of simulation and analysis, some results come out. On the base of those results, new schemes of the PID parameter self-tuning are presented. The simulation and actual system examine those schemes, and the performances are fairly good. In this paper an electrical heater temperature control system is designed to serve this purpose. The principal hardware components are the AdvnTec industrial computer and the Advantec data acquisition board, which are responsible for the data acquisition and signal output. The software components are GENIE and MATLAB. The GENIE is responsible for the implementation of the user-computer interface and control program. Matlab is used to finish the wavelet analysis of the feedback data. They are connected by the dynamic data exchange.
Wavelet analysis is a rising mathematical analysis method. This paper mainly concentrates on investigating the two-order system with Wavelet analysis. After the studies of simulation and analysis, some results come out. On the base of those results, new schemes of the PID parameter self-tuning are presented. The simulation and actual system examine those schemes, and the performances are fairly good. In this paper an electrical heater temperature control system is designed to serve this purpose. The principal hardware components are the AdvnTec industrial computer and the Advantec data acquisition board, which are responsible for the data acquisition and signal output. The software components are GENIE and MATLAB. The GENIE is responsible for the implementation of the user-computer interface and control program. Matlab is used to finish the wavelet analysis of the feedback data. They are connected by the dynamic data exchange.
引文
1 黄家英，自动控制原理，东南大学出版社，1991。
2 吴麒，自动控制原理，清华大学出版社，1990。
3 绪方胜彦，现代控制工程，科学出版社，1978。
4 计算机控制系统，何克忠，李伟，清华大学出版社，1998。
5 秦前清等，实用小波分析，西安电子科技大学出版社，1998。
6 薛定宇，控制系统计算机辅助设计—MATLAB语言即其应用，清华大学出版社，1996。
7 李士勇，模糊控制和智能控制理论与应用，哈尔滨工业大学出版社，1990。
8 刘贵中等，小波分析及其应用，西安科技大学出版社，1992。
9 崔锦泰，小波分析导论，西安交通大学出版社，1995。
10 张志涌等，掌握和精通MATLAB，北京航空航天大学出版社，1997。
11 刘山等，一种基于小波逼近的稳定直接自适应控制算法，自动化学报，1997，23(9)，636～640。
12 于勇等，利用DDE实现VB对MATLAB的控制，计算机编程技巧和维护，2000．4，29～33。
13 邹益民，MATLAB与C语言的混合编程，计算机编程技巧和维护，2000．4。25～26。
14 徐长江，基于小波变换估计传递函数，自动化学报，1997．11，23(6)，835～838。
15 王群仙，小波分析及其在控制中的应用，控制与决策，2000(7)，15(4)，385～394。
16 吕朝霞等，小波网络在控制系统中的应用，信息与控制，2000(12)，29(6)，532～539。
17 张照宁等，缓变信号奇异性的小波变换检测及其应用，系统工程理论与实践，2000(10)，84～88。
18 张霖等，几种典型环节的小波变换研究，96’中国控制会议论文集，青岛，1996，1044～1049。
19 施阳等，基于小波网络的智能PID控制，96’中国控制会议论文集，青岛，1996，720～725。
20 徐蕾等，基于小波级数模型的非线性系统模型参考自适应辨识，中国智能控制会议论文集，西安，130～134。
21 张建刚等，提高辨识精度的多分辨分析方法，97中国控制会议论文集，庐山，1997，559～562。
22 张恭庆，林源渠，泛函分析讲义北京大学出版社，1997。
23 楼顺天，李博菡，基于MATLAB的系统分析与设计—信号处理西安电子科大出版社，1998。
24 郑维行，王声望，实变函数与泛函分析概要，高等教育出版社，1989，第二版。
25 Windows程序设计指南和工具，MICROSOFT COPORATION, 1991。
26 A Juditsky, H Hjalmarsson, A Benvensite et al. Nonlinear black-box models in system identifications: Mathematical foundations. Automatica. 1995,31(12),1725～1750.
27 Wavele Toolbox User's Guid, MathWorks CO.Ltd.1997
28 S G Mallat. A theory for multiresolution signal decomposition:The Wavelet representation,IEEE Trans on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 1989, 11 (7):674～693.
29 I Daubechies. The wavelet transform,time-frequency localization and signal analysis. IEEE Trans on Infor Theory, 1990,36:961～1005.
30 Q Zhang, A Benveniste, Wavelet Networks. IEEE Trans on NN, 1992,3(4):889～898.
31 D L Donoho. De-noising by soft-thresholding. IEEE Trans on Infor Theory, 1995,41(3):613～626.
32 J Zhang,Gilbert G,Walter Yubo Miao et al. Wavelet neural networks for function learning. IEEE Trans on Signal
Processing,1995,43(6) :1485-1497．
33 Miyazawa Y,Dowell E H.An approach to modeling and estimation for uncertain system.J of Guidance,Control and Dynamics,1989,12(5) :672~680．
34 Baram Y,Sandell N R Jr.An information theoretic approach to dynmic system modeling and identification.IEEE Trans on Autom contr,1978,23(l):61~66．
35 Delyon,A Juditshy,A Benveniste.Accuracy analysis for Wavelet approximation.IEEE Trans on NN,1995,6(2) :332~348．
2 吴麒，自动控制原理，清华大学出版社，1990。
3 绪方胜彦，现代控制工程，科学出版社，1978。
4 计算机控制系统，何克忠，李伟，清华大学出版社，1998。
5 秦前清等，实用小波分析，西安电子科技大学出版社，1998。
6 薛定宇，控制系统计算机辅助设计—MATLAB语言即其应用，清华大学出版社，1996。
7 李士勇，模糊控制和智能控制理论与应用，哈尔滨工业大学出版社，1990。
8 刘贵中等，小波分析及其应用，西安科技大学出版社，1992。
9 崔锦泰，小波分析导论，西安交通大学出版社，1995。
10 张志涌等，掌握和精通MATLAB，北京航空航天大学出版社，1997。
11 刘山等，一种基于小波逼近的稳定直接自适应控制算法，自动化学报，1997，23(9)，636～640。
12 于勇等，利用DDE实现VB对MATLAB的控制，计算机编程技巧和维护，2000．4，29～33。
13 邹益民，MATLAB与C语言的混合编程，计算机编程技巧和维护，2000．4。25～26。
14 徐长江，基于小波变换估计传递函数，自动化学报，1997．11，23(6)，835～838。
15 王群仙，小波分析及其在控制中的应用，控制与决策，2000(7)，15(4)，385～394。
16 吕朝霞等，小波网络在控制系统中的应用，信息与控制，2000(12)，29(6)，532～539。
17 张照宁等，缓变信号奇异性的小波变换检测及其应用，系统工程理论与实践，2000(10)，84～88。
18 张霖等，几种典型环节的小波变换研究，96’中国控制会议论文集，青岛，1996，1044～1049。
19 施阳等，基于小波网络的智能PID控制，96’中国控制会议论文集，青岛，1996，720～725。
20 徐蕾等，基于小波级数模型的非线性系统模型参考自适应辨识，中国智能控制会议论文集，西安，130～134。
21 张建刚等，提高辨识精度的多分辨分析方法，97中国控制会议论文集，庐山，1997，559～562。
22 张恭庆，林源渠，泛函分析讲义北京大学出版社，1997。
23 楼顺天，李博菡，基于MATLAB的系统分析与设计—信号处理西安电子科大出版社，1998。
24 郑维行，王声望，实变函数与泛函分析概要，高等教育出版社，1989，第二版。
25 Windows程序设计指南和工具，MICROSOFT COPORATION, 1991。
26 A Juditsky, H Hjalmarsson, A Benvensite et al. Nonlinear black-box models in system identifications: Mathematical foundations. Automatica. 1995,31(12),1725～1750.
27 Wavele Toolbox User's Guid, MathWorks CO.Ltd.1997
28 S G Mallat. A theory for multiresolution signal decomposition:The Wavelet representation,IEEE Trans on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 1989, 11 (7):674～693.
29 I Daubechies. The wavelet transform,time-frequency localization and signal analysis. IEEE Trans on Infor Theory, 1990,36:961～1005.
30 Q Zhang, A Benveniste, Wavelet Networks. IEEE Trans on NN, 1992,3(4):889～898.
31 D L Donoho. De-noising by soft-thresholding. IEEE Trans on Infor Theory, 1995,41(3):613～626.
32 J Zhang,Gilbert G,Walter Yubo Miao et al. Wavelet neural networks for function learning. IEEE Trans on Signal
Processing,1995,43(6) :1485-1497．
33 Miyazawa Y,Dowell E H.An approach to modeling and estimation for uncertain system.J of Guidance,Control and Dynamics,1989,12(5) :672~680．
34 Baram Y,Sandell N R Jr.An information theoretic approach to dynmic system modeling and identification.IEEE Trans on Autom contr,1978,23(l):61~66．
35 Delyon,A Juditshy,A Benveniste.Accuracy analysis for Wavelet approximation.IEEE Trans on NN,1995,6(2) :332~348．