[发明专利]一种控制系统及设计方法

权利要求书

1.一种控制系统，其特征在于，包括输入器、第一增益器、控制器和传感器；

所述输入器，用于获取指示控制被控对象执行相应动作的输入信号、获取所述传感器返回的所述被控对象的输出信号以及计算输入信号和输出信号的差异量并将得到的差异量信号传输到所述第一增益器；

所述第一增益器，用于对输入信号和输出信号的差异量信号放大，并将放大后的差异量信号传输到所述控制器，其中对差异量信号的低频谐振频带部分放大的增益系数大于对其它频率部分放大的增益系数；

所述控制器，用于根据输入信号和输出信号的差异量信号进行闭环控制，向所述被控对象输出驱动信号以使得所述被控对象在所述驱动信号驱动下执行动作；

所述传感器，用于测量所述被控对象执行动作产生的输出信号；

由所述控制器输出的驱动信号存在的干扰引入误差的传递函数表示为：

其中，G(s)表示被控对象的传递函数，C(s)表示控制器的传递函数，H(s)表示输入器从传感器获取输出信号的传递函数，F表示被控对象的低频谐振频带，k表示对低频谐振频带部分放大的增益调整比例；

所述第一增益器具体用于通过调整k的取值而调整对输入信号和输出信号的差异量信号的低频谐振频带部分放大的增益系数；

还包括第二滤波器，用于对所述控制器的输出进行滤波，从所述被控对象的输出信号的高频谐振频带部分截取信号幅值大于阈值的频率部分，获得这部分的最高峰值对应频率，并设置所述第二滤波器的低通截止频率和高通截止频率，以使得获得的这部分最高峰值的对应频率位于所述第二滤波器的低通截止频率和高通截止频率之间范围内。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述第一增益器包括第一滤波器，所述第一滤波器用于从输入信号和输出信号的差异量信号中截取低频谐振频带部分，以对低频谐振频带部分放大。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述第一增益器还用于根据所述被控对象的输出信号误差，在线调整对输入信号和输出信号的差异量信号的低频谐振频带部分放大的增益系数。

4.一种控制系统设计方法，其特征在于，用于设计权利要求1-3任一项所述的控制系统，包括：

建立被控对象的物理系统模型并确定出所述被控对象的低频谐振频带；

根据所述被控对象的物理系统模型制定出用于所述被控对象的闭环控制方案；

确定出第一增益器对输入信号和输出信号的差异量信号的低频谐振频带部分放大的增益系数。

5.根据权利要求4所述的控制系统设计方法，其特征在于，建立被控对象的物理系统模型包括：

获取若干组所述被控对象的输入信号数据和输出信号数据，根据所述数据建立所述被控对象的物理系统模型，得到所述被控对象的传递函数以及所述输入器从所述传感器获取输出信号的传递函数。

6.根据权利要求4所述的控制系统设计方法，其特征在于，确定出第一增益器对输入信号和输出信号的差异量信号的低频谐振频带部分放大的增益系数包括：绘制所述被控对象的输出信号误差随控制器输出驱动信号存在干扰的频率响应曲线，根据该频率响应曲线确定出第一增益器对输入信号和输出信号的差异量信号的低频谐振频带放大的增益系数。

7.根据权利要求4-6任一项所述的控制系统设计方法，其特征在于，还包括：确定出所述被控对象的高频谐振频带；

设置第二滤波器，所述第二滤波器用于对控制器的输出进行滤波，从所述被控对象的输出信号的高频谐振频带部分截取信号幅值大于阈值的频率部分，获得这部分的最高峰值对应频率，并设置所述第二滤波器的低通截止频率和高通截止频率，以使得获得的这部分最高峰值的对应频率位于所述第二滤波器的低通截止频率和高通截止频率之间范围内。