[实用新型]削减控制系统反馈量中周期性扰动的系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于削减控制系统反馈量中周期性扰动的系统及方法。

背景技术

目前已有多种系统和方法可用于控制周期性扰动，例如，美国专利7952308公开了一种用于减小永磁电机系统中转矩波动的方法和设备。这种方法和设备在发出转矩命令后，会产生转矩波动减小信号，继而使操作控制信号发生变动，并产生波动减小的操作控制信号，随之将该信号供给控制永磁电机的逆变器。转矩波动减小信号包括一个或多个根据电机的预定转矩波动特性确定的电机电流信号的预定谐波。欧洲专利1182771公开了一种适用于电子整流电机的控制器，该控制器接收指明需要被最大程度地减小的参数（如转矩波动、电流、电压、振动或噪声）的反馈信号。接着，控制器计算参数中一组谐波的振幅和相位，并依次注入具有正确振幅和相位的谐波，以最大程度地减小所述参数。通过对该组谐波进行优化的常规迭代，以进一步减小所述参数。

在机械系统控制期间更有必要这么做，因为机械系统所具有的两项特性，即周期性扰动随时间变动与具有可削减周期性扰动的自适应控制器，能够有效地跟踪周期性扰动的变化规律。

实用新型内容

本实用新型提供了一种由控制系统及与之相连的谐波控制器组成的系统，谐波控制器用于向控制系统提供谐波控制信号，以削减控制系统反馈量中的周期性扰动。另一方面，本实用新型提供了一种用于削减控制系统反馈量中周期性扰动的方法。

在一个实施例中，本实用新型提供了一种系统，由控制系统及与之相连的、为该控制系统提供谐波控制信号的谐波控制器组成。谐波控制信号用以削减控制系统反馈量中的周期性扰动。该系统拥有多个控制回路或者信号路径，其中每一个控制回路或者信号路径都包含幅值计算器、积分器、谐波发生器和倍增器。幅值计算器连接至控制系统，以接收代表反馈量的反馈信号，同时将幅值计算器配置为重复计算反馈信号各次谐波分量的幅值。积分器连接至幅值计算器，以接收重复计算得出的值，同时将积分器配置为对所接收的值进行求和以得出一个累积值。将谐波发生器配置为产生与各次谐波分量频率相同的谐波信号，以及与各次谐波分量相应的相位，以补偿所述控制系统产生的谐波控制信号与各次谐波分量频率相同的反馈信号之间的估计相移。倍增器连接至积分器和谐波发生器，以使累积值和谐波信号倍增，继而生成一个谐波分量。谐波控制器被设置为对生成的谐波分量进行累加，以产生谐波控制信号并将所产生的谐波控制信号施加给控制系统，来削减控制系统反馈量中的周期性扰动。

实际上，谐波控制器将各次谐波分量幅值视为集成式误差信号，并分别对每个谐波分量实施控制，以减小反馈控制产生的幅值。这样，谐波控制器就能够通过收敛到稳定状态来实现自适应，届时，生成的谐波分量会对反馈信号的各次谐波分量进行补偿。如果控制系统或其工作条件随之发生变化，则各次谐波分量幅值也将发生变化（但不会变为零），继而引起累积值和生成的谐波分量变动，直至各次谐波分量再次得到补偿。通过设定生成的分量相位来补偿控制系统带来的、注入到控制系统中的谐波控制信号与反馈信号在各次频率上的相移，继而避免以一个或多个各次频率出现正反馈和相应的不稳定状态，从而增进了系统稳定性。

可将谐波控制器配置为按比例调节每个控制回路生成的谐波分量，以补偿与生成的谐波分量频率无关的控制回路的增益。如此一来，通过设定单增益就能以不同控制回路的各次频率调整控制回路的时间常数，且单增益无需随频率变动而变动，例如控制系统的角速度发生变化时，单增益无需发生任何变动（见下文）。

可将幅值计算器配置为使各次谐波分量（如各次谐波频率的正弦函数或余弦函数）随反馈信号倍增，并对各次谐波分量的一个或多个周期的结果进行积分。这便给出了一种高效的计算幅值的方法，由此计算得出的幅值实际上与连续计算得出的傅里叶系数相差无几。

谐波控制器的各次谐波分量可包含两个基频正交谐波分量，以及一对或多对频率为基频的整数倍的其它正交谐波分量。例如，谐波分量可以是每个频率的正弦函数和余弦函数的组合。通过提供一组每个谐波频率的正交函数，即可用正弦分量和余弦分量的相对幅值来表示任意相位关系（请注意，任何能够产生90度相移的正弦函数或余弦函数都能实现相同的效果，具体可视情况选用）。为完整表示截止谐波，以整数倍增的频率应呈连续状态。

控制系统可包含一个用于移动与静止部件相对的可活动部件的电机。请注意，本实用新型公开内容不限于电机和实际的机械控制系统，其同样适用于其它控制信号可为电压和反馈量电流的控制系统（如电流源）。