[发明专利]一种控制系统及设计方法

说明书

本发明公开了一种控制系统及设计方法，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、获取传感器返回的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；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，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；控制器用于根据差异量信号进行闭环控制，以使得被控对象执行动作；传感器用于测量被控对象执行动作产生的输出信号。本控制系统通过对系统低频谐振频带部分以单独的增益进行放大，能够增大控制系统的开环增益，降低控制系统对干扰的响应，应用于位移平台能够降低位移平台控制系统对干扰的响应，提高位移平台的定位精度。

技术领域

本发明涉及控制系统技术领域，特别是涉及一种控制系统。本发明还涉及一种控制系统设计方法。

背景技术

随着精密仪器与设备的发展，精密位移平台得到了广泛应用，比如在精密光学仪器、精密检测设备、医疗器械等领域。同时，为保证精密位移平台具有较好的响应速度、较高的定位精度及定位稳定性，对位移平台的控制系统、控制方案、控制算法等也提出更高要求。

在精密位移平台中包含一些柔性结构，刚度较小，一阶共振频率较低，同时由于位移平台结构的复杂性导致系统同时存在低频谐振峰和高频谐振峰。在位移平台控制系统设计过程中，谐振会导致整个系统稳定性降低，同时由于系统中存在一定干扰，位移平台容易受到干扰噪声的激励产生响应，在谐振频率附近产生较大峰值，并且较小的干扰噪声就可能引起较大的定位误差。

现有技术中，通过增大控制系统的开环增益，能降低干扰对位移平台定位精度的影响，但是增大开环增益容易导致系统带宽增加，对高频干扰更加敏感，甚至导致系统不稳定。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制系统，应用于位移平台能够降低位移平台控制系统对干扰的响应，提高位移平台的定位精度。本发明还提供一种控制系统设计方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种控制系统，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。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，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。