[发明专利]一种基于非概率可靠性优化的结构振动PID控制系统设计方法

摘要

本发明涉及一种基于非概率可靠性优化的结构振动PID控制系统设计方法，该方法首先建立结构振动PID控制的闭环系统。然后，针对建立的闭环主动控制系统，提出了结构振动主动PID控制系统性能非概率可靠性分析方法。基于提出的非概率可靠性分析方法，PID控制器的三个参数进行非概率可靠性优化，最终得到满足可靠性指标的闭环控制器。本发明从可靠性的角度确定PID控制器的参数，从而解决了PID控制器设计过程中面临的不确定性问题，使得闭环控制系统在参数扰动的情况下也能够满足设计要求。

主权项

1.一种基于非概率可靠性优化的结构振动PID控制系统设计方法，其特征在于步骤如下：第一步：根据结构振动有限元方程和PID控制器传递函数，建立结构振动PID主动控制系统；第二步：在第一步的基础上进行主动闭环PID控制系统的不确定性分析，利用区间不确定性分析方法得到闭环控制系统的响应输出Y的上下界，即第三步：闭环主动振动PID控制系统非概率可靠度计算，经过第一步的结构振动PID控制系统的建立和第二步的PID闭环主动控制系统的响应计算，得到了PID闭环控制系统响应输出区间，利用非概率可靠性度量指标的计算方法，对PID闭环主动控制系统进行可靠度计算，得到PID闭环主动控制系统非概率可靠度Pos(sys_PID)；第四步：对PID控制器参数进行非概率可靠性优化，在满足非概率可靠度Pos(sys_PID)的基础上，对PID控制器的KP,KI,KD三个参数进行优化，KP,KI,KD分别表示比例系数、积分系数和微分系数，得到优化后的控制器参数KP,KI,KD；优化目标为使得控制器的输出u(t)的最大值max(u(t))最小；第五步：利用非概率优化后的PID控制器三个参数进行结构振动PID控制系统的设计；对步骤四进行控制器输出的最大值进行限定，使得闭环控制系统在满足可靠性的前提下，所需控制力最小；所述第三步中，非概率可靠性度量指标的计算方法：设计要求为闭环控制系统响应不超过某一特定值时Ycri，利用如下的计算公式进行非概率可靠度计算：其中Pos(sys_PID)为PID闭环控制系统的非概率可靠度，Y_cri为响应的临界值，Y代表结构振动PID控制系统输出响应，为闭环控制系统输出响应的上界，Y为闭环控制系统输出响应的下界；所述第四步中对PID控制器参数进行非概率可靠性优化时采用的非概率可靠性优化模型如下：find KP,KI,KDmin||u(t)||∞s.t.Pos(sys_PID)≥Rcri其中：PID控制器的三个参数KP,KI,KD是设计优化变量；||u(t)||∞为控制器输出力H∞范数，Pos(sys_PID)为PID闭环控制系统的非概率可靠度；Rcri为设计人员要求的可靠度，为给定值；为了满足控制器输出的最小，给定的设计可靠度Rcri等于1。