[发明专利]一种考虑不确定性的PID控制性能综合评价方法

说明书

本发明公开一种考虑不确定性的PID控制性能综合评价方法，考虑工程机械运动机构系统所存在的多元不确定性参数，对工程机械运动机构系统的控制性能进行综合评价，并根据综合评价结果的置信度，优化评价方法提高评价结果，首先根据工程机械运动机构系统确定性拉格朗日动力学模型，通过优化得到有效的PID控制系统，再确定各种不确定性如制造误差、控制误差建立考虑不确定性的拉格朗日动力学模型；利用配点法计算工程机械运动机构系统响应区间，得到其控制性能的综合评价结果，并通过蒙特卡洛方法计算评价结果置信度，并根据综合评价结果置信水平，优化综合评价方法，得到满足置信度的机构控制性能综合评价结果，有效提高综合评价结果可信度。

技术领域

本发明涉及机构运动控制性能评估技术领域，具体涉及一种考虑不确定性的PID控制性能综合评价方法。

背景技术

在工程机械运动机构设计领域中，为了掌握工程机械运动机构的运动性能水平，对其进行直观评价往往是设计工作的关键之一，然而工程机械运动机构的运动性能水平在实际运行过程中由于在各种不确定性因素，在工程机械运动机构结构或者材料等参数上出现分散性，不可避免地与设计方案存在不一致的情况。因此，如何在考虑工程机械运动机构中存在不确定性的情况下，对工程机械运动机构性能水平进行综合全面的评价，同时确保评价结果具有置信度，是工程机械运动机构设计领域中亟需解决的问题，这对指导机构设计方向，准确提高机构性能水平具有重要意义。

工程机械运动机构不确定性是指实际机构运动情况与理想机构运动情况的偏差。通常在工程机械运动机构设计之初，应该己有一个工程机械运动机构的理想运动方程式。如果工程机械运动机构设计能够完全精确地实现此运动方程式，则该机构称为理想机构。实际上可能由于工程机械运动机构的理想运动方程式过于复杂而难以设计，所以为了工程机械运动机构简化处理，通常按理想运动方程的近似方程进行设计，由近似设计所造成的误差称为结构误差。工程机械运动机构在制造、装配、使用过程中会存在很多原始误差，由这些原始误差所造成的机构运动误差，称为机械误差。综合以上两方面几乎不可消除的误差产生因素，实际机构的运动情况几乎不可能完全符合理想机构的运动情况。机构误差通常用位置误差和位移误差来表示。

工程机械运动机构所存在的固有不确定性是评价机构性能中不能忽视的部分，以往的确定性评价方法忽略了不确定性的影响。同时工程机械运动机构控制性能通常由多种不同的指标综合表现，单一的指标难以反映机构的控制性能水平，同时各个控制性能指标之间又互有权重高低的不同之分，要评价工程机械运动机构的性能水平，又或是比较工程机械运动机构之间的性能高低，不得不从多方面进行综合评价，并且需要保证对工程机械运动机构的性能评价具有一定的置信度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种考虑不确定性的PID控制性能综合评价方法，针对含有区间变量的不确定性工程机械运动机构PID控制系统，根据工程机械运动机构的动力学模型响应范围，综合评价机构的性能水平。该方法可以用于不确定性变量相关信息较为贫乏的不确定性动力学模型中，对工程机械运动机构的控制性能进行综合评价，并根据综合评价结果置信水平，优化综合评价方法，得到满足置信度的机构控制性能综合评价结果，有效提高综合评价结果。

本发明采用的技术方案为：一种考虑不确定性的PID控制性能综合评价方法，所述方法针对工程机械运动机构系统，建立拉格朗日动力模型，利用配点法计算其动力学响应的上下界，通过综合评价函数得到工程机械运动机构系统运动控制性能的综合量化评价结果，进一步通过蒙特卡洛方法确定量化评价结果的置信度，并根据置信水平优化综合评价方法，有效提高综合评价结果，具体包括以下步骤：

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；