基于CARIMA模型的自适应预测PID控制器设计_自动化专业.doc

摘 要:PID控制是一种公认的良好控制方案，它具有控制有效、实现简易和应用广泛等优点。但怎么才能方便、有效地整定PID的参数，确实一个困难的问题。因此，很有必要研究一种自适应预测PID调节器，使得PID参数整定随着对象特性和环境条件的变化而变化，从而可使PID控制具有很强的自适应能力，把人为的干预或调节因素减少到最低限度。本文提出一种基于CARIMA模型的自适应预测PID控制器设计，该控制器先利用预测模型得到系统未来时刻输出．然后将设定输出值和预测值间的预测误差变化率作为自适应控制器的输入，控制器利用最小二乘算法推理得到控制输出。当被控对象模型参数未知或渐时变时．该方法通过实时辨识过程模型的参数来实时修正自适应预测PID控制器的参数．这样可以进一步提高PID控制器的控制品质，从而保证了PID控制器始终处于最优工作状态，极大地克服了PID参数整定的困难。本文主要研究内容概括如下:

1.自适应PID控制器的概念，介绍了PID控制规律，以及自适应PID与常规PID的对比分析，讲述了预测控制的发展及其与PID控制的广义联系

2.离散PID控制器设计方法，介绍了数字PID增量式算法和位置式算法，对模拟PID进行离散化，同时给出了两种PID参数自整定法

3.对于CARIMA模型进行简要的描述，阐述了递推最小二乘法原理，利用递推最小二乘法对系统模型参数进行识别

4.基于CARIMA模型的自适应预测PID调节器结构,推导出自适应递推算式,,递推算式具有广泛的适用性，它是基于CARIMA模型的研究，既适用于平稳随机过程，也适用于非平稳随机过程

关键词：CARIMA模型；自适应PID；预测PID;  PID控制器

目录

摘要

ABSTRACT

第1章绪论-1

1.1 PID控制器概念-1

1.1.1 PID控制规律-1

1.1.2 PID参数整定方法综述-1

1.2 自适应PID-2

1.3 预测PID-2

1.3.1 预测控制背景-2

1.3.2 预测控制与PID控制的广义联系-3

1.4 本章小结-3

第2章离散PID控制组-5

2.1 数字PID控制器的设计-5

2.1.1 模拟PID调节器-5

2.1.2 数字PID控制器-5

2.2 PID控制参数自整定法-6

2.2.1 辨识法-6

2.2.2 规则法-8

2.3 本章小结-9

第3章CARIMA模型结构-11

3.1 系统模型介绍-11

3.2 系统模型参数辨识-11

3.2.1 基于残差的递推增广最小二乘法-12

3.2.2 基于信息的递推增广最小二乘法-13

3.3 仿真实验-13

3.4 本章小结-19

第4章 自适应预测PID控制器-21

4.1 基于CARIMA模型的自适应预测PID-21

4.2 自适应递推算式推导-22

4.3 仿真实例-26

4.4 本章小结-29

第5章 结论与展望-31

5.1 结论-31

5.2 不足之处及未来展望-31

参考文献-32

致谢-33