[发明专利]基于联合仿真的控制系统设计与PID参数整定方法及系统

权利要求书

1.一种基于联合仿真的控制系统设计与PID参数整定方法，其特征在于，包括：

采集控制对象的物理模型的输入输出历史数据；

建立所述控制对象的传递函数模型；

将所述传递函数模型与PID控制模块组成闭环控制系统，通过联合仿真完成控制系统设计和PID参数整定；

根据控制系统设计的结果，获取最终控制模型；

将控制对象的物理模型建模为有限元模型，并将控制输入信号作为边界载荷条件，将被控制量作为仿真结果历史输出量；

所述传递函数模型包括第一传递函数模型和第二传递函数模型，将恒值边界载荷条件转换为不同频率的正弦曲线，根据所述正弦曲线完成有限元模型的仿真，并根据不同频率下的输入输出数据，将控制对象的物理模型简化为第一传递函数模型；

对控制对象的物理模型中的动力系统进行建模，将其转换为第二传递函数模型，并将所述第一传递函数模型、第二传递函数模型与PID控制模块连接，组成第一联合仿真模型，通过所述第一联合仿真模型对各种工况进行联合仿真，根据所述第一联合仿真模型的输出结果，对控制模型进行设计和PID参数整定，获取最终控制模型；

将所述有限元模型和最终控制模型连接，组成第二联合仿真模型，通过所述第二联合仿真模型对各种工况进行联合仿真，验证最终控制模型的正确性。

2.根据权利要求1所述的基于联合仿真的控制系统设计与PID参数整定方法，其特征在于：根据控制对象的物理模型的预定工况，获取极限工况和主要工况，并根据所述极限工况和主要工况获取工况覆盖区域，将所述工况覆盖区域作为边界载荷条件。

3.根据权利要求1所述的基于联合仿真的控制系统设计与PID参数整定方法，其特征在于：将所述不同频率的正弦曲线输入至所述第一传递函数模型中，获取输出曲线与有限元模型仿真结果的相对误差，当相对误差大于预设的阈值时，对传递函数模型进行优化处理，并重复输入与上一次相同的正弦曲线，直至相对误差小于预设的阈值，所述优化处理包括改变所述第一传递函数模型的阶次和/或加密频率插值点。

4.一种基于联合仿真的控制系统设计与PID参数整定系统，其特征在于，包括：

物理模型简化单元，用于获取控制对象物理模型的输入输出历史数据，并建立所述控制对象的传递函数模型；

控制系统设计单元，用于将所述传递函数模型与PID控制模块组成闭环控制系统，完成控制系统设计和PID参数整定，并根据控制系统设计的结果，获取最终控制模型；

将控制对象的物理模型建模为有限元模型，并将控制输入信号作为边界载荷条件，将被控制量作为仿真结果历史输出量；

所述传递函数模型包括第一传递函数模型和第二传递函数模型，将恒值边界载荷条件转换为不同频率的正弦曲线，根据所述正弦曲线完成有限元模型的仿真，并根据不同频率下的输入输出数据，将控制对象的物理模型简化为第一传递函数模型；

对控制对象的物理模型中的动力系统进行建模，将其转换为第二传递函数模型，并将所述第一传递函数模型、第二传递函数模型与PID控制模块连接，组成第一联合仿真模型，通过所述第一联合仿真模型对各种工况进行联合仿真，根据所述第一联合仿真模型的输出结果，对控制模型进行设计和PID参数整定，获取最终控制模型；

将所述有限元模型和最终控制模型连接，组成第二联合仿真模型，通过所述第二联合仿真模型对各种工况进行联合仿真，验证最终控制模型的正确性。

5.根据权利要求4所述的基于联合仿真的控制系统设计与PID参数整定系统，其特征在于，所述物理模型简化单元，包括：

物理模型有限元模块，用于将控制对象的物理模型建模为有限元模型；

极限物理工况定义模块，用于根据物理模型的预定工况，获取极限工况和主要工况，并根据所述极限工况和主要工况获取工况覆盖区域，将所述工况覆盖区域作为边界载荷条件；

系统频率域辨识模块，用于根据恒值边界载荷条件获取不同频率的正弦曲线，完成有限元模型的仿真，并根据不同频率下的输入输出数据，将控制对象的物理模型简化为第一传递函数模型。