[发明专利]消除测量误差和稳态误差的误差检测-K值控制法

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，具体涉及一种消除测量误差和稳态误差的误差检测-K值控制法。

背景技术

在自动控制领域,系统的输出量                                                、误差信号都是通过测量得到的，很多时候输出期望值也是通过测量得到的。然而由于周围环境不理想、测量方法不完善、电子元器件不精密等因素的限制,任何测量都不会绝对精确。无论用什么测量方法,测得的结果与被测量实际数值总会存在一定差别,这种差别称为测量误差。实际应用中，测量误差无所不在，大大影响了控制系统的控制精度。传统的控制系统里，工程技术人员只能通过选用昂贵的精密电子元器件检测物理量，来减少测量误差。为此付出了高昂的成本，而效果并不理想。如果能够通过控制的方式消除测量误差，将大大提高控制系统精度，减少测量成本，推动整个自动控制领域的发展。

为了减小系统的给定或扰动稳态误差，一般采用提高开环传递函数中串联积分环节的阶次N，或增大系统的开环放大系数的方法。增大开环增益理论上很容易实现，但现代控制系统大部分很复杂，为多闭环的复合控制系统，系统控制调节的物理对象有多个，如何将多个控制对象的开环增益调试到最佳，既能减小稳态误差，又能保证系统的稳定性，这在传统的控制方法里是一个非常大的难题。如果能够对每一个控制对象的开环增益进行单独调试，那么很简单就能将每个控制对象的开环增益调试到最优。但在复合控制系统里，由于多控制变量的存在，最终输出的总误差信号里通常含有多个误差分量，想要对这多个误差分量进行单独调节必须先要利用复杂的数学变换将每一个误差分量分离出来，再进行调节，这样不仅使整个控制算法变得复杂，而且带来了计算误差。如果能够在输出总误差信号之前就能够测量到每一个误差分量并单独进行调节，那么以上问题就能迎刃而解。

发明内容

本发明的目的是提供消除测量误差和稳态误差的误差检测-K值控制法，使系统通过控制的方式就能彻底消除测量误差。同时，该方法通过K值可对多控制对象中的每一个控制对象的开环增益进行单独调节，从而便于实现每个控制对象开环增益的最优化，减少了控制系统的调试难度，使系统的稳态误差降到最低，具体技术方案如下。

一种消除测量误差和稳态误差的误差检测-K值控制法，在原控制系统基础上，增加了消除测量误差和稳态误差的误差检测-K值控制环节，从而构成新控制系统，新控制系统将直接检测原控制系统的输出值和误差信号，不检测输出期望值，而是由得到输出期望值，再将原控制系统的输出期望值变为期望值加上K倍误差信号作为原控制系统新的输出期望值。

所述原控制系统为单闭环或者任意复合控制系统。

所述K值的取值是依据闭环系统的输出值来确定，K值取值方法：先通过等步长爬山法取K值，比较不同K值下闭环系统的输出值，从而逼近K值的最优值区域，然后再通过变步长爬山法，比较不同K值下闭环系统的输出值，来精确K值的最优解。

    与现有技术相比，本发明的技术效果和优点在于：误差检测-K值控制法通过控制的方式彻底消除了控制系统的测量误差，工程技术人员不再需要通过选用昂贵精密电子元器件检测物理量的方式，来减少测量误差，只需要选用普通的电子元器件来测量物理量即可。这不但大大减少测量成本，也大大提高控制系统的控制精度。误差检测-K值控制法利用K值对原控制系统的开环增益进行单独调节，从而便于实现每个控制对象开环增益的最优化，减少了控制系统的调试难度，使系统的稳态误差降到最低。

附图说明

图1为本发明误差检测-K值控制法的原理方框图。

具体实施方式

以下结合所有附图和实例对本发明的实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。

消除测量误差和稳态误差的误差检测-K值控制法包括以下步骤：

1）            检测控制系统的误差信号；

2）            检测控制系统的输出量；

3）            求输出期望值：

；

4）            将误差信号乘以K倍再加上输出期望值作为新的输出期望值；

；

5）            将新的输出期望值和输出量作为原控制系统的输出期望值和输出量，用原控制算法对系统进行控制。

误差检测-K值控制法原理框图如图1所示，其消除系统测量误差的原理如下：

1.    假设原控制系统稳态误差为0。

对于原控制系统：

设为原控制系统的输出检测量；