[发明专利]一种考虑不确定性的PID控制性能综合评价方法

权利要求书

1.一种考虑不确定性的PID控制性能综合评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：根据工程机械运动机构系统的尺寸结构和材料特性属性，建立工程机械运动机构系统的拉格朗日动力学模型，基于拉格朗日动力学模型的响应结果，通过比例、积分和微分控制器计算工程机械运动机构系统的驱动输入值，建立工程机械运动机构系统的闭环控制系统；

步骤二：确定对工程机械运动机构系统的拉格朗日动力学模型中不确定参数，包括零件长度、机构材料属性、零件间接触关系参数和连接副间隙参数及其对应的变化区间，以表征由于制造误差、材料误差原因所造成的不确定性；

步骤三：建立综合评价工程机械运动机构系统运动控制性能所需的工况方案，对工程机械运动机构系统的拉格朗日动力学模型中的多元不确定性参数，即零件长度、机构材料属性、零件间接触关系参数和连接副间隙中各个不确定参数，进行逐维传播计算，确定工程机械运动机构系统的拉格朗日动力学模型的响应区间，计算工程机械运动机构系统下在所建立的各个工控方案中响应的上下界；响应由工程机械运动机构系统在工况方案中的仿真结果表征，仿真结果包括运动精度、耗能水平、控制效果和控制时间参数；

步骤四：确定工程机械运动机构系统运动控制性能的评价指标，建立表征工程机械运动机构系统控制性能的综合评价函数，基于工程机械运动机构系统的拉格朗日动力学模型在各个工况方案下的响应上下界，综合评价得到工程机械运动机构系统控制性能水平的量化结果；

步骤五：通过蒙特卡洛模拟方法，根据工程机械运动机构系统的拉格朗日动力学模型中的多元不确定性参数，首先通过随机方法生成机构运动的路径曲线集合，接着利用蒙特卡洛模拟方法，根据随机生成的机构运动路径集合，对机构动力学系统进行重复随机实验，求解表征机构动力学系统控制性能的综合评价函数的概率统计结果，再比较机构控制性能的综合评价结果和概率统计结果，计算综合评价结果的置信度，并根据置信水平优化综合评价方法，最后得到满足置信度的机构控制性能综合评价结果。

2.根据权利要求1所述的一种考虑不确定性的PID控制性能综合评价方法，其特征在于：所述步骤一中，优化工程机械运动机构系统控制器中的比例增益参数、积分增益参数和微分增益参数方法为：首先确定需要优化的设计参数，即各个控制器中的比例增益参数、积分增益参数和微分增益参数，分别确定这些增益参数的取值区间，再确定优化目标，即包含运动精度、耗能水平、控制效果和控制时间参数的工程机械运动机构的响应，最后通过序列二次规划方法，以工程机械运动机构系统拉格朗日动力学模型的响应为优化目标，对其控制器设计参数进行优化，得到工程机械运动机构系统拉格朗日动力学模型控制器的各个控制参数的取值。

3.根据权利要求1所述的一种考虑不确定性的PID控制性能综合评价方法，其特征在于：所述步骤三中，在考虑工程机械运动机构系统存在零件长度、机构材料属性、零件间接触关系参数和连接副间隙参数的不确定性情况下，采用配点法计算工程机械运动机构系统对于运动精度、耗能水平、控制效果和控制时间参数响应的变化区间的方法为：首先将工程机械运动机构系统中的不确定性参数进行归一化处理，利用配点法计算机构工程机械运动机构系统的各组不确定性参数在标准化区间内所对应的模型响应，将所对应的工程机械运动机构系统动力学响应极值点的归一化不确定参数回归到原始的参数区间，以此逐维求解各组不确定参数，得到工程机械运动机构系统的响应区间。

4.根据权利要求1所述的一种考虑不确定性的PID控制性能综合评价方法，其特征在于：所述步骤四中，综合评价函数考虑与机构控制性能相关的多个不同的评价指标，包括工程机械运动机构系统的运动精度、耗能水平、控制效果和控制时间，根据各指标的权重计算得到工程机械运动机构系统控制性能的综合量化评价结果的过程为：首先对工程机械运动机构系统包括运动精度、耗能水平、控制效果和控制时间参数响应区间，从响应区间中求得各个响应参数的极值，再对各个处于不同数量级的响应参数极值进行归一化处理，得到处于同一数量级的归一化后的响应参数极值，最后将归一化后的响应参数极值，根据机构控制性能评价指标所对应的权重系数，得到工程机械运动机构系统的控制性能综合量化评价结果。