[发明专利]基于具有滞后的速率限制中继及正弦注入的系统参数识别方法

说明书

一种系统参数识别系统使用中继控制与正弦注入的组合来获得受控系统或过程的系统参数的精确估计，同时满足与一些控制应用相关联的速率限制。该系统使用具有滞后的速率限制中继控制来使该系统处于振荡。接着，利用在该中继控制阶段期间所获得的振荡频率、幅度、以及相位信息，该系统将该控制信号从基于中继的控制切换至开路正弦控制。在该正弦控制阶段期间，该设备输出经过在该振荡频率的带通滤波器，以获得干净的正弦信号。接着，获得并使用在该输入与输出信号之间的相位差以及输出/输入幅度比例来计算该系统参数。

技术领域

本申请通常涉及控制系统，尤其涉及受控系统及过程的系统参数的估计。

背景技术

许多自动化应用采用闭路控制系统来控制机械运动系统或工业过程。运动控制系统通常包括在控制器的指导下操作的一个或更多个马达或其它运动装置，该控制器依据用户定义的控制算法向马达发送位置或速度控制指令。一些运动控制系统以闭路配置操作，由此，控制器指示马达移动至目标位置或转换至目标速度(期望状态)，并接收标示马达的实际状态的反馈信息。控制器监控该反馈信息以确定马达是否已到达目标位置或速度，并调节控制信号以校正实际状态与期望状态之间的误差。

在过程控制应用中也使用类似的控制技术。在过程控制应用的情况下，由控制器生成的控制信号依据控制算法调节一个或更多个过程变量，且该过程变量的测量值被提供给控制器作为反馈数据，以允许控制器相对期望的设置点基于该过程变量的实际值根据需要调节控制信号。

运动控制及过程控制系统的设计者寻求在性能与系统稳定性之间获得最佳平衡。例如，积极调谐的控制器可导致系统以高精度及快速响应时间跟踪期望的位置或设置点，但在存在系统噪声及不确定性的情况下可能变得不稳定。或者，更保守地调谐控制器会提升系统稳定性，但会牺牲到性能表现。理想地，应当选择控制器增益系数，以最优化性能与系统稳定性之间的此平衡。为控制器选择合适的增益系数的过程被称为调谐。

调谐控制器的增益系数决定控制器的带宽，它是受控系统对控制信号的变化的响应性的度量。受控系统对来自控制器的信号的响应在某种程度上是控制器的带宽及受控系统的物理特性(例如，惯性、阻尼、摩擦、耦合刚度、相位滞后等)的函数。一般来说，较高的控制器带宽会导致对控制信号的较快输出响应，较好的干扰抑制，以及较小的跟踪误差。不过，设置太高的带宽可使系统对噪声更敏感并降低闭路鲁棒性(robustness)(系统在合理的系统不确定性及干扰范围内保持稳定的能力)，从而导致系统不稳定，尤其是在存在内在不确定的马达-负载动力学的情况下。例如，对于轻阻尼运动系统，过高的控制器带宽可能过度激励系统，从而导致不希望的振荡，而这在控制器试图稳定所导致的振荡时可能引起控制器饱和。通过降低控制器带宽可使系统更稳定，但以性能为代价。至少出于这些原因，必须仔细选择给定运动控制系统的调谐参数，以获得鲁棒性能及鲁棒(robust)稳定性。

除了在获得最佳控制器调谐方面的这些困难以外，一些机械系统或过程经设计以在控制器发出控制命令与相应的系统响应之间具有相当大的延迟-被称为死区时间。具有高死区时间或相位滞后的系统常常响应干扰或设置点变化而经历不希望的振荡，从而导致性能下降并使此类系统的调谐变得更加困难。

发明内容

本申请的一个或更多个实施例涉及用于精确估计具有死区时间及对控制信号具有速率限制的受控系统或过程的系统参数的系统及方法。依据一个或更多个实施例，将基于中继的控制与开路正弦注入控制两者都应用于该受控系统或过程。尤其，使用具有滞后的速率限制的基于中继的控制来使系统振荡。速率限制该基于中继的控制的输出确保满足该控制应用的速率限制。当该系统处于振荡时，控制从基于中继的控制切换至开路正弦信号注入控制，其中，该正弦控制信号经配置以具有与该基于中继的控制输出的相位基本对齐的相位。由该正弦控制信号导致的该设备输出信号经带通滤波以获得较干净的信号，并基于该控制信号与该滤波输出信号之间的相位差以及该输出与控制信号之间的幅度比例导出该系统参数。此技术可产生精确的系统参数估计，而无需导出将临界增益与信号幅度关联的复杂描述函数。

附图说明